154T电动轮自卸车传动系统仿真研究

针对154T电动轮自卸车传动系统研发周期长、成本高、风险大等问题,提出基于Matlab/Simulink软件构建154T电动轮自卸车电传动恒功控制仿真系统,以矿用自卸车的实际运行工况作为仿真参数输入,对电动轮自卸车的柴电系统与电传动系统整机进行联合仿真。仿真结果表明,本研究所构建的系统能够获得整机状态运行数据,为电动轮自卸车电传动系统控制算法改进、电机参数优化提供依据,缩短研发周期,降低研发成本及风险。

220 t级矿用自卸车电驱动系统结构及试验

以一台载重220 t矿用自卸车使用的电驱动系统为对象,介绍了该电驱动系统的主要组成部分,即主发电机,车载变频器和电动轮的主要参数和整体结构。通过试验结果,验证了电驱动系统的可行性,试验结果可为类似电机和系统的设计提供参考。

电动轮矿用自卸车轮边三级行星减速器设计

行星齿轮传动具有效率高、传动平稳、抗冲击和振动的特点,在车辆轮边减速系统中被广泛应用。现有的轮边减速器多为一级或二级行星减速,在大吨位电动轮矿用自卸车应用中存在着传动比变化范围有限、影响电动机工作性能,传递扭矩小,轴向空间利用率不高的问题。基于行星传动原理、传递效率以及润滑、密封、呼吸、冷却散热等需求设计了一种新型轮边三级行星减速机构,很好地解决了上述问题,具有实际的工程意义。

百吨级电传动矿用自卸车轮边驱动系统的配置优化

针对国际近30款不同品牌百吨级电传动矿用自卸车车型,分析了轮边减速器采用的结构形式、传动比变化的规律。根据国内电传动矿用自卸车技术条件和电动机发展现状,基于电机功率和轮边减速器传动比的计算方法阐述了轮边驱动系统的配置优化方法,为国内同类轮边驱动系统的配置优化提供了依据。

电动轮自卸车车架静动态特性分析与优化研究

为分析某型电动轮自卸车车架静动态特性,首先建立该型电动轮自卸车的整车刚柔耦合多体动力学模型获得车架关键承载部位的载荷信息,同时构建含焊缝细节结构的车架进行有限元模型。再次,开展满载静止状态下车架静强度分析,利用道路应力试验验证该模型的正确性;继而开展满载水平弯曲工况、极限扭转工况和紧急制动工况下动强度分析、刚度分析及模态分析。结果表明,车架在扭转工况下的刚度具有一定的提升空间,存在车架失效风险。最后,利用拓扑优化技术对车架多工况下刚度进行多目标优化设计。结果表明:优化后的车架静动态性能满足整车使用要求,该方法为电动轮自卸车车架的静动态特性设计提供一定的借鉴经验。

基于DSP的154t矿用电动车传动控制系统

针对重型矿用电动车电传动控制系统插件板多且存在故障率高、检修麻烦、备件昂贵等缺点,以TMS320F2812 DSP为CPU,采用非线性PI励磁调节控制策略,研制了154 t电动轮自卸车新型微机控制系统。测试结果表明本系统集成度高、性能稳定、抗干扰能力强,不仅实现了进口设备备件的国产化,也可用于装备新一代国产154 t电动轮自卸车。

基于刚柔耦合模型的电动轮自卸车平顺性分析与优化

为了分析和优化自卸车的平顺性,在国内某矿山上对某国产大型电动轮自卸车进行了平顺性试验,得到了其甲板、座椅等位置的振动加速度并进行了分析,结果表明,其行驶平顺性较差,应当对其进行优化。为了提高平顺性分析动力学模型的精确性,建立了包含柔性化车架的整车刚柔耦合多体动力学模型,并通过试验数据对模型进行了验证,结果表明,所建立的模型精度比纯刚体动力学模型提高了11.5%。针对非线性油气悬架的特点,以油气悬架结构参数为设计变量,以平顺性综合评价值为目标函数,建立了平顺性优化近似模型,采用Pointer算法对其平顺性进行了优化,结果表明,优化后自卸车的平顺性提高了27%。

特大型电动轮矿用自卸车联合制动特性研究

为了研究特大型电动轮矿用自卸车下坡联合制动时的制动特性,分析联合制动时电阻栅能耗制动及液压多片湿盘式制动器制动功率的分配,以湘电重装满载整车重量达520 t的自卸车为研究对象,建立了自卸车电阻栅能耗制动及液压多片湿盘式制动器联合制动系统动力学模型,利用Mtlab/simulink对该自卸车在不同下坡坡道上的紧急联合制动进行了数值分析计算,获得制动特性曲线。结果表明:初速度为30 km/h时,在不高于10%的坡度下紧急制动距离不超过21 m;平均比制动力在不同坡道基本保持不变,最高值为0.35左右;后轮比制动力大于前轮比制动力,侧滑、跑偏的可能性大于转向失控的可能性;当满载重心向后轴移动时,平均比制动力保持不变,前后轮比制动力差距减小,可有效利用地面粘着力;电阻栅能耗制动与液压多片湿盘式制动器的平均制动功率之比约为2∶3。研究表明该联合制动系统可有效减轻主制动器负荷,提高制动效能,延长主制动器使用寿命。

超级电容器应用于矿用电动轮自卸车的计算分析

鉴于石油资源日益紧缺的现状,提出了以超级电容器为动力源的矿用电动轮自卸车设计方案,方案不仅节约了石油能源,降低了排放,而且把电动轮在制动过程中产生的能量进行回收再利用。在分析原有动力系统的基础上给出了具体的设计方案,并对新设计方案的动力系统和超级电容器的参数进行计算分析。

基于自抗扰控制器的电动轮自卸车的控制与仿真分析

针对矿用电动轮自卸车的变频调速矢量控制系统中感应电机参数时变严重,控制鲁棒性差的难题,提出了一种基于变结构自抗扰控制器的感应电动机变频调速系统控制方案,将转子电阻时变看作磁链子系统的一种内扰,负载干扰对转速子系统的影响作为转速子系统的外扰,通过扩张状态观测器对不确定扰动予以估计和补偿.该方案有效地解决了参数时变对矢量控制系统解耦性能的影响,动态控制性能优于传统PI调节器,仿真结果验证了方案的合理性与有效性.

220t电动轮自卸车举升液压缸的设计及仿真分析

重型矿用电动轮自卸车是大型露天矿山普遍采用的高效运输设备。通过分析220t电动轮自卸车举升系统的工作特点以及整车对举升液压缸的行程、强度等要求,设计三级双作用液压缸。应用SOLIDWORKS软件建立液压缸的三维模型,然后利用SOLIDWORKS与ANSYS之间的接口将三维模型导入ANSYS软件中进行有限元分析。仿真分析结果表明,上耳环与缸盖的接合处以及活塞与活塞杆的联接处是应力比较大的区域,整个举升液压缸的设计能满足220 t电动轮自卸车的静载荷要求。

220t矿用电动轮自卸车燃油消耗规律与应用研究

露天矿矿用自卸车燃油消耗费用占总成本最高可达1/3,因此燃油消耗分析对矿山降低成本、节能减排以及运输系统的智能化极其重要。但是矿用自卸车燃油消耗估算模型及监测手段均存在精度不高、实用性不强的缺点,进而导致自卸车燃油消耗规律不清、考核指标不准等问题。以某露天矿220 t矿用电动轮自卸车为研究对象,对自卸车驱动力与行驶阻力进行平衡分析,轮边驱动力可简化为滚动阻力、坡度阻力、加速阻力之和;对自卸车发动机功率进行平衡分析,发动机的功率主要分配为滚动阻力功率、坡度阻力功率、加速度功率、非行驶功率和传动系统损失功率。其次,应用车轮—牵引系统—动力转换系统的后向建模,提出一种准确的电动轮自卸车燃油消耗率的估算模型,模拟不同工况条件下自卸车发动机的燃油消耗率,并从理论上归纳自卸车发动机燃油消耗率的多维特征参数为载重、速度、滚动阻力系数、坡度阻力系数和加速度。在此基础上,结合驱动/电制动性能曲线,量化载重、速度、滚动阻力系数、坡度阻力系数对矿用自卸车燃油消耗率、单耗的影响规律;最后,以该露天矿为实例,引入高精度、高可靠的容积式油耗传感器,验证该型矿用电动轮自卸车燃油消耗率估算模型的精度。结果表明:3条运输干线的矿用电动轮自卸车单耗预测误差分别为4.18%,0.96%,5.88%,验证不同工况条件下的模型精度,且满足现场单耗估算的精度要求,研究成果可应用于不同运输道路燃油消耗考核指标制定及成本预算方案编制,优化露天矿间断开采工艺或半连续开采工艺的燃油消耗量。

间接矢量控制中的转子电阻辨识方法研究

针对感应电机的间接磁场定向控制系统中转子电阻在低速时大范围变化造成定子电流和电磁转矩脉动严重的问题,依据模型参考自适应理论和瞬时无功功率理论,提出一种基于无功功率参考模型的转子电阻在线辨识方法。辨识模型不依赖于感应电机的定子电阻,对定转子电感和转速的变化鲁棒性好,准确观测转子磁链角,使得定子电流和电磁转矩的脉动减小。将该辨识算法应用于电动轮自卸车调速系统实验平台的感应电机转子电阻辨识,仿真结果表明,较未辨识转子电阻时系统性能得到了较明显改善,转子电阻辨识能够快速收敛于实际值,响应速度快,且对定转子电感的动态变化不敏感,能有效降低转子磁链观测误差,抑制定子电流和转矩脉动,在低速时控制性能提升显著,验证了辨识算法的正确性及其工程实用价值。

电动轮自卸车电传动系统仿真研究

介绍了谐波励磁的基本原理和方法,论述了谐波励磁同步发电机的设计要点,并介绍了谐波励磁在154 t电传动自卸车上的应用。采用有限元分析软件Maxwell2D、Simulink和Simplorer进行了联合仿真,仿真结果表明,谐波励磁的同步发电机带的直流牵引电动机能满足现场调试的要求,具有较好的可靠性和动态性能。

大型电动轮自卸车多级液压缸举升系统缓冲优化

针对某型电动轮自卸车举升过程中三级液压缸的换级冲击造成整车振动过大等问题,通过采用提前启动法,在举升过程中自动降低多级液压缸液压冲击,延长整车寿命,提高驾驶员操作舒适性。采用提前启动法,即采用使后一级液压缸提前启动的方法来降低液压冲击,通过设计计算分析,并利用AMESim软件建立以三级液压缸为主的液压缸举升系统模型,通过设置一些主要参数,对自卸车液压缸举升系统进行仿真优化,获得了最优参数。仿真结果表明:采用提前启动法,对减缓多级液压缸换级冲击具有比较明显的作用,自卸车举升与降落过程中系统运行平稳,研究工作为降低多级液压缸换级冲击提供了新思路。

电动轮自卸车制动性能计算及摩擦副热机耦合分析

通过对行车制动性能标准的分析得到了性能要满足的最低要求,即行车制动性能要求为制动距离最长114 m,计算并确定了相应的制动力矩,实现方案初定。根据制动器的具体方案进行各种工况的校核,确定了最终的性能计算结果。针对100 t矿用自卸车车型进行制动盘热机耦合分析,从盘体材料的性能和载荷方面对摩擦副进行了温度场、应力场及热膨胀量的分析,并通过全周期制动性能验证。结果表明:该制动系统完全符合要求,从而确保了整车的制动性能。

矿用电动轮自卸车四自由度模型的平顺性仿真分析

为研究矿用电动轮自卸车的平顺性,建立了包括人体(驾驶员)模型在内的矿用电动轮自卸车四自由度平顺性系统模型.以前后桥的加速度信号为输入,输出是人体垂直方向加速度.利用MATLAB/Simulink对某大型矿用电动轮自卸车的平顺性进行仿真分析,结果表明:人体的频率主要集中在20～30Hz范围内,振动强度处于0～0.6m.s-2的范围,若前后悬架刚度降低20%,人体最大加速度减小至0.3m.s-2,功率谱密度响应能量降低一半,最大响应对应的频率也稍有减小,能改善车辆的平顺性.

矿用电动轮自卸车调速系统的自抗扰控制研究

针对矿用电动轮自卸车交流电驱动调速系统中感应电机参数摄动现象严重,控制鲁棒性差的难题,研究了一种基于自抗扰控制器(ADRC)的转子磁场定向矢量控制的感应电机闭环调速系统,分析了ADRC对感应电机参数摄动和外扰等不确定项的补偿作用,实现了感应电机的转子磁链和电磁转矩的动态解耦.仿真结果表明,调速系统在大范围转子电阻摄动和转矩干扰下,系统的动态性能明显优于传统PI调节器,对感应电机的其它参数变化也具有较强的鲁棒性,容易推广交流传动的其它应用中.

电动轮矿用车启动电压降解决方法

针对电动轮矿用车在发动机启动后因蓄电池组电压降导致控制系统无法正常重启的问题,分析了发动机启动过程中蓄电池组的电压变化情况,提出了增加为控制系统单独供电的蓄电池组、修改控制线路2种解决方案;分析了2种方案的优缺点,认为方案2更佳。工厂调试和工业性实验表明,方案2表现优越。目前采用该方案的电动轮矿用车已在某矿山成功运行4 000h,保证了发动机控制系统100%的启动成功率,而且启动过程安全、可靠。

154T电动轮自卸车转矩脉动仿真

针对154T电动轮自卸车600 kW异步电动机在实际调试过程中出现转矩脉动现象,分析了引起转矩脉动原因,并提出了一种新型的死区效应补偿方法.对常规的死区效应补偿方法电流反馈法中难以准确采集零点问题,设计了准确采集零点的硬件电路,对电压反馈法进行了改进,设计了一种二输入-二输出的模糊自适应PI死区补偿控制器,它能实时地调节电压空间矢量作用时间(即实时对死区时间进行补偿).最后,分别进行了仿真或实验,仿真和实验结果表明,电流反馈法中准确采集零点问题得到有效地解决及异步电动机转矩脉动得到有效抑制.