在当前科技飞速发展的时代,能源和环境问题日益突出,已经引起世界各国重点关注,节能与环保已成为时代主题。港口起重机具有油耗大、效率低、排放差、负载重力势能浪费等缺点,已成为节能环保领域普遍关注的重要对象之一。因此,研究起重机节能减排问题具有重大意义。目前采用的起重机节能系统方案主要集中于通过驱动电机在位能负载拖动下产生再生能量并将该能量回收储存和再利用,主要采用超级电容作为辅助动力源,轻载时超级电容不参与工作,重载时提供部分能量维持系统正常运行。实践表明此种策略下超级电容能量利用率低,势能回收率低,未起到节约能量的最大效果。针对当前存在超级电容能量利用不足及能量回收效率不高等问题,本文以40.5T门式起重机为对象,对混合动力系统进行深入的理论分析,提出跟随超级电容电压变化适时调整负载功率分配的策略,使超级电容能量得到优先且充分的利用。并建立相关系统数学模型,应用软件仿真及平台实验,验证了控制策略的可行性及系统可靠性,实验结果显示超级电容供能比超过75%,超级电容能量利用率在70%以上,能量回收率达到85%,其中包含了怠速能的回收,能量回收-消耗比达到62%。本文主要研究工作及创新点如下:(1)将传统起重机与混合动力起重机进行比较,得出采用混合动力起重机的必要性,对系统重要零部件特性进行详细研究,为能量控制策略的制定提供了依据。(2)建立了门式起重机起升机构的动力学模型,对负载起升、下降作业时的能量传递方向、能量消耗及转换特征进行了详细的分析,得出系统存在大量可回收及转换效率较高的能量主要是起升机构的位能性负载潜在的势能,并设置超级电容对能量进行回收。(3)研究了基于超级电容的混合动力系统能量控制策略,制定了跟随超级电容电压变化调整负载功率分配的策略,不分负载大小,均能保证超级电容供能占比在50%以上,提高了超级电容能量利用率。研究了超级电容充放电及电压均衡控制策略,采用飞渡电容的方法调整超级电容各单体之间电压均衡,并采用了先恒电流、再恒功率的快速、安全充电策略。计算负载功率与柴油机最佳转速的关系,提升了系统整体节能效果。(4)建立了系统重要部件数学模型,并在Matlab/simulink中搭建系统控制策略的仿真模型进行仿真,验证了超级电容+柴油机混合动力系统的可靠性及能量控制策略的可行性。(5)将系统能量控制策略应用于港口装备节能技术综合实验平台,模拟实际情况设置中小功率负载及大功率负载作业工况,进行平台能量转化效率验证实验及负载势能回馈再利用实验研究,验证平台运行可靠性及系统的势能回收效率。本文所提出的跟随超级电容电压变化适时调整负载功率分配的策略取得了较好的节能效果,为起重机械领域能量回收与利用的研究提供了新的思路,随着该研究成果的进一步深入研究及在港口起重机领域的推广运用,将取得一定的社会经济效益。