活塞泵混合动力系统关键技术研究

By establishing different types of simulation models of concrete pump hybrid system , analysising and comparing these models, and analysising the coupling characteristics between the various components of the concrete pump. Combining with a variety of conditions of the concrete pump, the suitable driving structure for the concrete pump hybrid system is stuided. According to the working principle of all components invovling in the concrete pump hybrid system, the control strategy and parameters matching method are studied, so that the working effciency of the concrete pump could be improved effectively, and the energy consumption of the concrete pump could be reduced. The research finding of this project is expected to be extended to the other occasions using the reciprocating piston pump to convey materials, such as the ceramics industry(mud, ceramic slurry, lime slurry, clay slurry), the mining industry(coal slurry, magma, mortar, explosive slurry) et al, and has a more wide application background.

通过建立不同种类混合动力系统的混凝土泵仿真模型并进行分析对比，分析混凝土泵各个元器件之间的耦合特性，结合混凝土泵的各种工况，研究适合于混凝土泵混合动力系统的驱动结构，根据混凝土泵混合动力系统中各个元件的工作原理，研究混凝土泵混合动力系统的控制策略和参数匹配方法，以能够有效提高混凝土泵的工作效率，降低混凝土泵的能耗，并可望推广到其他采用往复式活塞泵输送物料的场合，如陶瓷业(泥浆、瓷浆、石灰浆、陶土浆)、采矿业(煤浆、岩浆、砂浆、炸药浆)等，使研究具有更为宽广的应用背景。

本项目针对传统柴油机混凝土泵耗油高、排放差的不足，以柴油机混凝土泵为具体研究对象，开展混凝土泵混合动力系统的驱动结构、控制策略和参数匹配方法研究。主要研究内容为：1）混凝土泵混合动力系统的驱动结构研究。建立了混凝土泵液压系统的仿真模型，包括主泵送液压系统模型、摆动液压系统模型、搅拌液压系统模型、支腿液压系统模型、转台液压系统模型和臂架液压系统模型。分析混凝土泵混合动力串联驱动结构、并联驱动结构和混联驱动结构，将不同混凝土泵混合动力驱动结构进行对比，开展混凝土泵混合动力系统的驱动结构研究。2)混凝土泵混合动力系统的控制策略研究。通过分析混凝土泵混合动力系统的组成和主要部件工作原理，建立了发动机、蓄电池、电动/发电机（ISG）、电动机、发电机等主要部件的仿真模型。设计了串联恒温器型、串联功率跟随型、串联平均功率跟随型、并联电动助力、并联定平均功率点、串联模糊控制和并联模糊控制等控制策略及其驱动结构的仿真模型，并与传统混凝土泵系统进行对比，开展混凝土泵混合动力系统的控制策略研究。3) 混凝土泵混合动力系统的参数匹配方法研究。通过分析混凝土泵混合动力系统的参数匹配原则和目标，完成了对混合动力系统关键元件——发动机、ISG电机、蓄电池组的选型，计算出工况的最大功率需求。通过多次不同混合度的仿真实验，拟合出不同混合度的燃油消耗情况，并且得到最优混合度，完成了对混合动力系统关键元件的功率匹配。建立以燃油消耗最小为目标的遗传算法优化方法，把优化后的参数代入仿真平台的工作空间，对比参数匹配前后的仿真结果，把混合动力混凝土泵燃油消耗和传统混凝土泵燃油消耗作对比，开展混凝土泵混合动力系统的参数匹配方法研究。通过项目的执行，研究了适合于混凝土泵混合动力系统的驱动结构、控制策略和参数匹配方法，设计了混凝土泵混合动力系统，发表了14篇研究论文，申请了3项发明专利，培养了4名硕士研究生。