蓄电池轨道车的电液混合驱动系统设计与分析

摘要

轨道交通对社会发展具有重要的社会和经济效益。轨道车是铁路建设与运营维护过程中必不可少的设备，它可用于车辆牵引和人员、物质运输等。而传统的内燃机轨道车存在运行效率低、排污严重、工作噪音大、使用环境恶劣等缺点。在能源危机与环境保护双重难题的压迫下，轨道车也由传统的内燃机驱动向混合动力驱动演变。再伴随着纯电驱动技术以及蓄电池技术的飞速发展，作为过渡阶段出现的混合动力轨道车也开始向蓄电池轨道车演变。蓄电池轨道车无污染排放，运行噪音较低，具有很好的环境友好性，但也存在电机装机功率高、低速运行效率差、蓄电池续驶里程短等缺点。为了改善蓄电池轨道车存在的缺点，本文提出了一种新型的电液混合动力轨道车。 首先根据确定出轨道车电液混合动力系统结构形式。根据轨道车技术参数和工况特点，计算出牵引电机功率、泵源总排量、马达总排量等驱动系统主要参数。以复杂性和经济性作为考量，确定出轨道车电液混合驱动系统组成结构，即轨道车的驱动系统由两套电液混合动力系统组成，单套电液混合动力系统用于驱动一台转向架。电液混合驱动系统以蓄电池作为主要动力源，电池释放的电能依次经牵引电机、静液压传动系统、减速箱转换成机械能后驱动轨道车行驶。 其次，明确轨道车电液混合驱动系统的调速策略为电液联合调速，对于给定的目标车速，主要通过调节变量泵、变量马达的排量比来匹配车速要求，必要时微调电机转速来达到目标车速。利用Matlab cftool函数拟合工具箱对REXROTH公司提供的轴向柱塞变量泵效率实验值进行了三阶多项式拟合，得出了轴向柱塞变量泵机械效率与容积效率关于排量比、压差的函数关系式。根据电液混合驱动系统泵源的总排量设计了四种泵源组成方案，并利用AMESim软件对这四种方案进行行驶工况下的效率对比分析，并将得出的最优方案作为电液混合驱动系统的泵源。 然后，利用AMESim 软件与 Matlab/Simulink 软件对设计的电液混合驱动系统的速度特性进行联合仿真，仿真结果表明，该驱动系统能够满足轨道车最高车速要求。再对驱动系统的爬坡能力进行仿真分析，仿真结果表明，驱动系统能够满足车辆的最大坡度要求。 最后，基于现有条件设计并研制了试验平台。然后探究了不同调速方案对驱动系统效率的影响，试验结果表明，在保证电机工作在高效区的前提下，提高静液压系统中泵、马达的排量比能够提升驱动系统整体效率。

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