电动挖掘机关键技术及应用

本书针对液压挖掘机的电动化，从工程机械电动化的背景和意义入手，详细介绍了液压挖掘机的基本知识和电动化的关键技术；重点对电动挖掘机的动力系统和驱动方案、主驱电动机及其矢量脉宽调制原理、新型电液控制系统建模及参数优化、新型自动怠速控制技术、基于变转速控制的变压差闭环控制负载敏感系统和基于电动机控制的新型恒功率控制等展开深入的讨论；结合目前的总体研究进展，对各种典型的电动化工程机械样机案例进行介绍和分析。*后，总结了电动工程机械与其他领域应用的电驱动技术的差异，剖析了电动挖掘机技术发展瓶颈与难点，并对未来发展趋势进行了分析。
本书为有志于促进工程机械电动化的技术人员提供研究方向、关键技术和典型案例，可作为机械工程类、电气工程类本科生、研究生的教材或主要参考书，也可以作为专业技术人员和管理人员的专业培训用书。

前言
第1章工程机械电动化的背景和意义1
11工程机械节能的背景和意义1
12工程机械动力节能技术3
121基于内燃发动机的功率匹配技术4
122混合动力技术8
123CNG/LNG工程机械19
124双动力工程机械20
13电动挖掘机简介22
131电动挖掘机的定义22
132电动挖掘机的优势23
133电动挖掘机的类型24
14电动汽车关键技术在电动挖掘机技术的移植性26
15工业用电动机驱动技术难以直接移植到工程机械28
16工程机械油电混合动力系统的相关技术在电动领域的移植性29
17本章总结30
第2章液压挖掘机简介和电动化关键技术31
21液压挖掘机概述31
211挖掘机分类31
212挖掘机发展历程32
213挖掘机液压系统的基本动作分析37
22挖掘机常用液压系统工作原理38
221液压系统概述38
222负流量、正流量系统39
223负载敏感系统47
23液压系统的控制策略55
24挖掘机工况分析57
241挖掘工况57
242液压挖掘机的工况特点57
25电动挖掘机主要关键技术58
第3章电动挖掘机动力系统和驱动方案65
31动力系统特性分析65
311储能单元及管理系统66
312电动机69
313液压泵77
314动力驱动结构方案88
32动力总成复合模式92
33电动挖掘机执行器94
331直线运动执行器94
332旋转运动执行器97
34典型电动挖掘机驱动方案98
341改装型电动挖掘机方案98
342锂动力蓄电池供电型电动轮式挖掘机方案98
343电网蓄电池复合供电型电动挖掘机方案100
344分布式电动机驱动电动挖掘机方案101
第4章电动挖掘机主驱电动机及矢量脉宽调制原理103
41永磁同步电动机简介103
42永磁同步电动机数学模型104
421矢量坐标变换104
422三相静止坐标系下永磁同步电动机的数学模型106
423两相静止坐标系下永磁同步电动机的数学模型107
424两相旋转坐标系下永磁同步电动机的数学模型108
43液压泵的数学模型分析109
44空间矢量脉宽调制原理111
441空间矢量脉宽调制的基本原理111
442空间矢量脉宽调制技术的实现113
目录电动挖掘机关键技术及应用45永磁同步电动机矢量控制策略114
451滑模变结构控制的基本原理115
452基于滑模转速观测的闭环矢量控制系统117
46矢量控制系统调节器设计118
461电流PI调节器的设计118
462转速滑模控制调节器的设计120
463控制器的离散122
47电动机控制策略仿真123
471Simulink模型建立与仿真123
472AMESim-Simulink联合仿真127
第5章电动挖掘机新型电液控制系统建模及参数优化131
51电动挖掘机新型电液控制系统简介131
52系统速度控制数学模型的建立132
521含液压蓄能器的电液速度控制系统132
522无液压蓄能器的电液速度控制系统135
523系统控制特性分析136
53关键元件参数优化设计方法137
531系统流量计算137
532液压泵参数匹配138
533电动机参数匹配139
534动力蓄电池参数匹配143
535液压蓄能器参数匹配145
第6章电动挖掘机新型自动怠速控制技术147
61异步电动机驱动型电动挖掘机自动怠速控制148
611新型自动怠速系统简介148
612分段划分规则148
613分段控制策略149
614液压蓄能器与最大负载的压力适应补偿压差优化策略155
615试验158
62永磁同步电动机驱动型电动挖掘机自动怠速控制167
第7章基于变转速控制的变压差闭环控制负载敏感系统169
71基于变转速控制的定量泵负载敏感控制策略169
711基于变转速控制的定量泵负载敏感系统方案分析169
712闭环控制算法170
713控制策略173
714系统仿真178
715试验180
72基于变转速控制的变量泵负载敏感控制策略186
721基于排量自适应变转速控制的负载敏感系统方案分析186
722基于分级压差控制的排量自适应变转速控制策略188
723仿真193
724试验198
73基于变转速控制的正流量液压系统203
731基于变转速正流量控制系统方案分析203
732基于变转速的正流量系统控制策略204
733正流量系统仿真207
734正流量系统试验212
第8章基于电动机控制的新型恒功率控制219
81分段恒功率控制方案设计219
811基于动力锂蓄电池放电特性的恒功率控制220
812基于温度控制的恒功率控制222
82分段恒功率控制仿真225
83分段恒功率控制试验226
831试验平台226
832试验结果及分析227
第9章电动化工程机械典型案例230
91总体研究进展230
92典型样机介绍230
921改装型电动挖掘机230
922移动电源车供电型电动挖掘机232
923蓄电池供电型电动挖掘机233
924电网蓄电池复合供电型电动履带式挖掘机237
925全电动挖掘机238
第10章总结与展望240
101总结240
102电动挖掘机技术发展瓶颈与难点245
103未来发展趋势250
1031电机泵一体化及大转速范围高效、高动态响应250