起重机械是具有典型位能性负载特征的工程机械,当工作负载下降时会释放大量的势能,内燃机驱动的起重机怠速运转时也存在无功状态的能量损耗。实践表明,起重机在工作过程中的能量利用率不足40%,60%以上的能量耗废在工作过程的无功功率状态。如何将大量的耗废能量进行回收再利用是起重机械领域节能减排研究的热点问题。目前工程中推出的起重机动力系统节能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。实践证明,该类节能方案的能量转换、储存和控制系统复杂,可靠性低、经济性差,未在技术上取得根本性突破。本文以港口轮胎起重机为对象,提出了基于共轴双枢变矩电机的混合动力节能驱动系统方案,分析了起重机位能性负载工作机构的能量流向及转换,研究了混合动力节能动力系统的构架,建立了相应的系统控制数学模型,运用系统仿真、模型实验和实物试验,验证了混合动力节能系统的节能效率和运行可靠性。论文所做的主要研究工作及创新点如下：1、建立了轮胎式起重机起升机构、变幅机构工作过程动力系统运动和力学模型,分析了负载上升、下降过程中的能量传递、消耗和转换特性,提出了采用直流同轴双枢变矩电机的驱动和势能转换再生能量回收方案,并研究了回收势能和怠速剩余电能的储存及再利用方法和途径,完成了混合动力节能系统的构建。2、建立了柴油发动机、他励直流发电机、单串励直流电动机、共轴双枢变矩直流电动机动力系统功能模块的性能模型,研究了共轴双枢变矩电机的调速控制和超级电容器模组的充放电动态控制特性,运用MATLAB/SIMULINK软件对系统能量回馈和释放及控制环节进行仿真,验证了混合动力节能方案的可行性。3、研究了混合动力起重机节能动力系统控制策略。针对超级电容的充放电特性,提出了势能回收恒功率充电、怠速能回收恒流充电、电能释放恒压放电的控制策略；针对共轴双枢变矩电机工作特性,提出耗能工况主电机为主控,辅电机跟随调压调速、馈能工况主电机空转,辅电机调磁调速控制策略；针对势能回收和怠速能回收工况特性,提出非线性动态励磁控制与多变量均衡控制策略；对柴油发电机组提出油门优化和对直流发电机励磁相结合控制策略。4、根据共轴双枢变矩电机节能系统工作原理,进行了小功率模拟实验、单机构实物试验研究,设计和研制了用物产品的工业样机的多机构组合工作混合动力轮胎起重机节能动力系统。通过实物样机试验和测试,验证了系统的节能效率和运行可靠性。本文提出的基于共轴双枢变矩电机混合动力起重机节能系统的成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,随着该研究成果的运用实施和进一步的研究深入,必将有力推动起重机及工程机械行业节能减排的技术进步。