混合动力挖掘机动力系统轴系模态分析.pdfVIP

学兔兔 混合动力挖掘机动力系统轴系模态分析 黄中华 ，谢 雅 ，邓 奕 ，高宏伟 (1．湖南工程学院机械工程学院；2．中南大学机电工程学院) 摘 要：通过有限元计算分别获取柴油机轴系和电动机轴系的前 10阶模态频率及振型。在此基础上，通 过有限元计算获取混合动力系统轴系的前 10阶模态频率及振型。计算结果表明：与普通动力系统相比，由于 电动机的接人，混合动力系统轴系各阶模态频率有所下降，但高于电动机轴系各阶模态频率。下降的主要原 因是电动机轴系的各阶模态频率明显低于柴油机轴系。对混合动力系统轴系的振动信号进行试验测试和分 析。测试结果表明：振动信号的能量集中在 方向和y方向，表明振动信号主要由弯曲振动产生。振动信号 的频谱中出现了动力系统轴系的5阶和6阶模态频率，表明振动信号主要来源于电动机转子的弯曲振动。 关键词 ：混合动力挖掘机 ；动力系统；模态分析；轴系 挖掘机是一种用量大、能耗高、排放差的工程 矩和交变转矩。当上述冲击转矩或交变转矩引起的 机械。据统计，全世界超过 60％的土方施工量是 由 激励与动力系统轴系的固有频率接近时，就会导致 挖掘机完成的。面对全球性的能源危机和环境污染 动力系统轴系产生明显的扭转振动或弯曲振动，甚 等重大问题 ，量大面广的挖掘机亟需应对节能环保 至发生断轴事故。 和油价 日益上涨的压力 ，在技术上寻求新的解决方 1 混合动力系统结构 案。油电混合动力系统在汽车领域的成功应用有力 地推动了其在挖掘机中的应用”【。 图 1是普通挖掘机动力系统结构，图2是并联 挖掘机中的油电混合动力系统通常由柴油机 式混合动力挖掘机动力系统结构。对比图1和图2 和电动机组成 。根据柴油机和电动机的连接方式， 可以看出：与普通挖掘机动力系统相 比，混合动力 混合动力系统通常可以分为串联结构、并联结构和 挖掘机动力系统轴系结构更复杂，不仅包含了柴油 混联结构。现有研究结果表明2[-7]，并联结构的混合 机 曲轴、联轴器和液压泵转子，还包括了电动机转 动力系统更适合于挖掘机。理想控制情况下，混合 离合器 动力系统中的柴油机始终工作在高效区，当柴油机 输出功率小于负载时，储能器给电动机供 电，电动 ：【 }。-_-回 _：：【卫 机处于电动状态，当柴油机输出功率有富余时，电 ● ● 动机处于发 电状态，电动机给储能器充 电。 回 挖掘机混合动力系统的工作周期一般为20 图1 普通挖掘机动力系统结构 s。根据上述控制规则，在一个工作周期中电动机要 经历一次 电动状态到发电状态的转变。这导致混合 离合器 动力系统需要频繁切换电动机的工作状态 Ⅲ。台架 ：【iiij：：]_。-_-__·_。：【 }-—·圜 -··-·：圊【 试验结果表明：混合动力系统在改变电动机的工作 i !……………．．；0 状态时，电动机和柴油机之间经常会因转速耦合而 囤 曲 产生顺拖或倒拖，在动力系统的轴系上产生冲击转 图2 并联式混合动力挖掘机动力系统结构 基金项 目：教育部重点项 目(212123)；湖南省教育厅重点项目(11