Анализ моделирования потребления энергии различных конфигураций электрического привода для погрузчиков

 Системы электрического привода являются критически важным будущим направлением для систем передачи строительных машин, таких как погрузчики. На основе сравнения трех конфигураций электрического привода—Электрическая коробка передач, электрическая ось и привод на колесах—Это исследование устанавливает модель моделирования системы передачи транспортных средств с использованием AVL Cruise для анализа потребления энергии погрузчика во время типичных операций V-цикла. Результаты обеспечивают поддержку на основе моделирования для проектирования систем электрического привода для погрузчиков.  

 Результаты моделирования показывают, что для исследуемого 5-тонного погрузчика различия в энергопотреблении между тремя конфигурациями (электрическая коробка передач, электрическая ось и привод на колесах) во время типичной работы V-цикла минимальны. Конфигурация привода на колесах демонстрирует небольшое преимущество в энергоэффективности.  

В этом исследовании предполагается, что при разработке чистых электрических погрузчиков, таких как снижение затрат, разработка системы управления, выполнимость выбора двигателя и пространственная компоновка, должны быть приоритетными при выборе конфигураций электрического привода.  

Строительный механизм играет жизненно важную роль в развитии национальной инфраструктуры, добычи полезных ископаемых, операций портов и национальной обороны, но также генерирует значительные выбросы углерода.  

С выпуском Китая’Дорожная карта S "Carbon Peak" и "углеродной нейтралитет" срочно необходимо для модернизации своей промышленной структуры. Низкоуглеродистые технологии, электрификация и интеллект являются ключевыми тенденциями для будущего развития.  

 В качестве примера, получение гибридных дисков, чистых электрических дисков и водородных топливных элементов, стали потенциальными решениями.  

В 2008 году Volvo представила параллельный гибридный погрузчик, интегрируя двигатель ISG между дизельным двигателем и конвертером крутящего момента, повышая эффективность использования топлива.  

 В 2014 году Джон Дир запустил серидный гибридный гибридный погрузчик, который исключил трансмиссионную и приводную ось, используя генератор, управляемый двигателем, для двигателей с непосредственной мощностью на колесах.  

В 2013 году CAT разработал последовательный гибридный погрузчик, который упростил передачу до односкоростного редуктора, интегрированного с двигателем, сохраняя приводную ось, используя дизельный двигатель исключительно для выработки электроэнергии.  

 По сравнению с гибридными решениями, чистые электрические диски предлагают такие преимущества, как нулевые выбросы, зрелые технологии и поддержка политики, что делает их центром для внутренних производителей.  

Основываясь на мощности и размещении двигателя, конфигурации чистого электрического привода могут быть классифицированы на три типа: электрическая коробка передач, электрическая ось и привод на колесной стороне колеса.  

 Различные макеты влияют на общую производительность автомобиля, энергоэффективность и стоимость.  

 В 2019 году, AILISHENG  представил чистый электрический погрузчик ALS958EV  На основе конфигурации электрической коробки передач, внедряя единый двигатель + 2-ступенчатую коробку передач + приводной макет.  

В 2023 году AILISHNEG  Разработал чистый электрический погрузчик по зановому управлению ALS3090EV с электрической конфигурацией привода на колесах с использованием четырех двигателей.

В 2024 году Ailisheng разработал чистый электрический погрузчик  ALS916EV  с конфигурацией электрической оси, используя двойные двигатели и устраняя передачу [6, 9].  

 В настоящее время не хватает систематических сравнительных исследований по конфигурациям электрического привода в строительном механизме. В этом документе рассматривается этот разрыв, установив модели моделирования системы передачи трансмиссии погрузчика в AVL Cruise для анализа потребления энергии трех конфигураций (электрическая коробка передач, электрическая ось и привод на колесной стороне колеса) во время типичных операций V-цикла, обеспечивая информацию для разработки электрического погрузки Полем  

1. Конфигурации электрического привода для погрузчиков

Это исследование фокусируется на 5-тонный погрузчик для моделирования и сравнения энергопотребления трех конфигураций электрического привода: электрическая коробка передач, электрическая ось и привод на колесной стороне колеса.  

Рисунки 4, 5 и 6 иллюстрируют макет передачи для электрической коробки передач, электрической оси и конфигурации привода колеса соответственно. На диаграммах: ** b ** обозначает аккумулятор, ** i ** инвертор, ** t ** трансмиссия, ** m ** Двигательный двигатель, ** r ** Редобрактор на стороне колеса, пунктир Линии представляют электрические соединения, а сплошные линии представляют механические соединения.  

 
                                                                     Рисунок 4: Путь мощности электрической коробки передач  

 
                                                                       Рисунок 5: Путь мощности конфигурации электрической оси  

                                                                    Рисунок 6: Путь конфигурации привода на колесах  

1.1 Конфигурация электрической коробки передач   

По сравнению с традиционными макетами дизельного двигателя, конфигурация электрической коробки передач заменяет дизельный двигатель аккумулятором и приводным двигателем. Силовая агрегата (рис. 4) включает в себя аккумулятор, инвертор, приводной двигатель, трансмиссию (с передаточными числами 3,6 и 1,4) и приводную ось (передаточное число: 22,8).  

1.2 Конфигурация электрической оси  

Конфигурация электрической оси удаляет механическую трансмиссию из компоновки электрической коробки передач. Его трансмиссия (рис. 5) включает в себя аккумулятор, инвертор, приводной двигатель и приводной ось (передаточное число: 22,8).  

1.3 Конфигурация привода на колесах

В конфигурации привода на колесах питание от приводного двигателя передается через планетный редуктор в концентратор колеса. Силовая агрегата (рис. 6) состоит из аккумулятора, инвертора, приводного двигателя и планетарного восстановления (передаточное число: 52,91).  

2. Модели моделирования транспортных средств электрического погрузчика  

AVL Cruise, модульное программное обеспечение для моделирования транспортных средств и трансмиссии, использовался для быстрого моделирования различных конфигураций для анализа производительности.  

2.1 Модель электромобиля

Модель электрического погрузчика включает:  

1) модуль транспортного средства для настройки параметров;  

2) модуль управления драйвером для логики переключения передач;  

3) модули системы передачи (передача, приводная ось, двигатель);  

4) Модуль интерфейса для моделирования ввода нагрузки.  

Ключевые параметры перечислены в таблице 1.  

 Таблица 1: Параметры транспортного средства погрузчика  

Модуль драйвера использует AVL Cruise’S Стандартная модель драйвера, и спектр моделирования нагрузки основан на типичной операции V-цикла (расстояние одного цикла: 93 м, максимальная скорость: 12 км/ч). Эффективность трансмиссии и привода устанавливается в качестве константы для сравнения.  

2.2 Настройка работы V-цикла Loader  

На рисунке 7 изображена типичная операция V-цикла, включающая:  

1) ускорение, круиз и замедление от точки A до точки загрузки O1;  

2) обратное движение от O1 к B после загрузки;  

3) Правое движение от B к точке разгрузки O2;  

4) Обратное движение от O2 до D после разгрузки.  

                                                                                   Рисунок 7: Работа V-цикла Loader  

Измеренные данные о скорости от 5-тон-погрузчика с дизельным двигателем были использованы для получения взаимосвязи скорости дистанции во время V-цикла (рис. 8).  

                                                                       Рисунок 8: Профиль скорости во время V-цикла  

Горизонтальная сила FX (120 кН) была применена для имитации сопротивления копанию, и была добавлена ​​вертикальная сила (49 кН), эквивалентно нагрузке 5000 кг (рис. 9).  

                                                                           Рисунок 9: Сопротивление копания и масса нагрузки  

Рисунки 8 и 9 вместе составляют полный спектр нагрузки типичного V-образного рабочего цикла погрузчика, обеспечивая условия настройки для моделирования полной модели моделирования транспортного средства.

2.3 производительность двигателя привода

Для конфигурации электрической коробки передач был выбран постоянный синхронный двигатель магнита (PMSM). Его внешняя характеристическая кривая показана на рисунке 10 с ключевыми параметрами в таблице 2.  

                                                                          Рисунок 10: Кривая внешней характеристики двигателя  

> Таблица 2: Моторные параметры  

Эффективность моторной системы (включая инвертор) показана на рисунке 11.

                                                                              Рисунок 11: Эффективность двигателя электрической оси

Самая высокая эффективность (1,800–3000 р/мин, 200–1,100 N·М) поддерживался через конфигурации путем масштабирования карт эффективности (рисунки 12 и 13).  

 Чтобы устранить влияние различий в производительности двигателя на результаты моделирования, эта статья в качестве основы в качестве основы в качестве основы придерживается карты эффективности определенного типа синхронного мотора с постоянными магнитами и масштабируется в соответствии с принципом сохранения доли высокоэффективных областей привода Постоянный двигатель в различных конфигурациях электрического привода, чтобы получить эффективность системы привода двигателя, приложенной к электрическому приводному ось и конфигурации привода колеса, как показано на рис. 10 и рис. 11 соответственно    

                                                                                   Рисунок 12: Эффективность двигателя привода оси  

                                                                            Рисунок 13: Эффективность двигателя привода на колесах

3. Результаты моделирования и анализ  

Анализ энергопотребления сосредоточился исключительно на трансмиссии, исключая эффекты рекуперации энергии.  

В таблице 3 сравнивается энергопотребление трех конфигураций во время одного V-цикла.  

Таблица 3: Сравнение потребления энергии  

На рисунке 14 показаны тенденции потребления энергии. Привод на колесной стороне продемонстрировал наименьшее потребление (на 4,5% и 6,4% ниже, чем электрическая коробка передач и ось соответственно).  

                                                                                Рисунок 14: Тенденции потребления энергии  

Рисунок 13 иллюстрирует кривые моторной эффективности. Конфигурация электрической коробки передач показала более высокую эффективность во время ускорения/замедления, в то время как привод на стороне колеса преуспел во время круиза.  

                                                                                 Рисунок 15: Кривые моторной эффективности  

Таким образом, несмотря на дополнительные механические потери от трансмиссии, электрическая коробка передач’S более высокая моторная эффективность компенсирует эти потери. Привод на колесной стороне, без потерь передачи и оптимизированной эффективности двигателя, достиг самого низкого потребления энергии.  

4. Выводы

Ключевые выводы:  

(1) Для 5-тонного погрузчика различия в энергопотреблении между тремя конфигурациями незначительны, при этом наиболее эффективным привод на колесной стороне является.  

(2) Разработчики должны расставлять приоритеты в стоимости, выборе двигателя, сложности системы управления и пространственной компоновкой при выборе конфигураций электрического привода.  

5. Ailisheng, лидер в области электрического строительства

Ailisheng фокусируется на разработке и продажах нового энергетического строительного механизма и владеет серией продуктов, таких как электрические погрузчики, электрические погрузчики по сбои, электрические мини-экскаваторы и т. Д., Которые продаются за границей. Компания предоставляет r&D Услуги и основные компоненты поставки для электрификации других строительных машин и индивидуальной разработки продуктов, требуемых клиентами. Компания предоставляет полные решения для электрифицированных строительных оборудования, которые широко используются в области муниципальных, фермерских, строительства, инженерии, садоводства, сельской местности, добычи и порта.

6. Почему партнер с Ailisheng?

Экономия затрат: Снижение расходов на топливо и техническое обслуживание с поддержкой обслуживания пожизненного обслуживания.

Соответствие нормативным требованиям: Познакомьтесь с директивами EU CE и глобальными правилами выбросов без особых усилий.

Готовые технологии в будущем: A-A-Assisted Automation и дистанционное управление с поддержкой 4G/5G для смарт-строительных площадок следующего поколения.

7. Присоединяйтесь к электрической революции

Исследуйте нашу полную линейку продуктов в Ailisheng Electric Construction Offence и подключитесь к нам, чтобы запланировать демонстрацию.

Пусть’S строить более зеленый, умный мир—один сайт за раз.

#ElectricConstruction #SustainableEngineering #ReeMission #SmartMachinery #ailishenginNovation