高压斗杆缸缓冲性能影响参数的分析与优化研究

为解决高压斗杆缸在行程末端缓冲性能差、容易损坏油缸的问题,需要对其缓冲结构进行优化设计。以一款国产重载挖掘机斗杆缸为研究对象,将计算机仿真技术应用到工程机械领域,在已搭建的仿真模型的基础上,以缓冲压力和活塞速度两个参数为主要评价指标,采用控制变量法测试了同一缓冲结构在不同参数条件下的敏感性以及各个缓冲结构在缓冲过程中所起到的作用。研究结果表明,对高压斗杆缸无杆腔缓冲作用最大的结构是缓冲套外部斜切面,对有杆腔缓冲影响最大的结构是缸盖节流小孔,并推荐了部分结构参数的最佳值。     

基于虚拟样机的液压挖掘机工作装置最大挖掘力分析

针对液压挖掘机工作装置挖掘力的分析计算与优化问题,对工作装置在斗杆挖掘工况下的最大挖掘力及工作装置关键铰接点空间位置对其最大挖掘力的影响进行了研究,提出了采用机械系统与液压系统联合仿真的方法,建立了某液压挖掘机工作装置的虚拟样机模型,分析斗杆油缸以系统最大压力工作,铲斗油缸、动臂油缸闭锁时,在整个挖掘范围内,工作装置的挖掘力图谱,并确定了最大斗杆挖掘力.在此基础上,以最大斗杆挖掘力为设计目标,通过试验设计方法,研究了工作装置机构铰接点空间位置对斗杆挖掘工况下最大挖掘力的影响.研究结果表明,液压挖掘机最大挖掘力达到国外同类产品水平,同时找出了铲斗最大挖掘力位置及数值,为工作装置优化设计和结构强度分析提供了有效依据.     

液压挖掘机斗杆内收流量分配节能设计

为解决小型挖掘机挖掘工况(正负载)下斗杆内收速度慢、系统压力高、存在溢流损失等问题,提出一种斗杆内收节能系统,挖掘工况下,使斗杆内收通过节能阀回油,即斗杆内收流量不再生时增大回油面积。给出了该节能系统工作原理和仿真参数,基于AMESim搭建了斗杆内收节能系统仿真模型,对比仿真了有无节能阀系统的斗杆内收速度、压力、流量等动态特性,分析了节能阀直径对斗杆内收动态特性的影响效果,进行了系统实际应用可行性分析,挖掘机整机测试有效验证了仿真结论。结果表明：引入节能阀,斗杆内收速度增加18%,斗杆油缸进油压力降低65%;节能阀直径对斗杆内收系统输出流量、回油总流量、系统压力影响不大;通过挖掘机整机测得斗杆内收速度提高19%。     

油缸缓冲结构参数对缓冲性能的影响分析

该文针对某型液压挖掘机因油缸前腔缓冲造成的机械冲击问题,采用能量法对缓冲压力测试曲线进行分析,确定了冲击产生原因。基于油缸前腔缓冲结构将缓冲过程划分为三个阶段,建立流量方程并对影响缓冲压力变化趋势的主要结构参数进行了分析。依据系统流量与油缸结构建立数学模型计算获得缓冲时间-速度函数,同时建立缓冲结构CFD仿真模型。以缓冲时间-速度函数为输入条件,通过仿真分析重点研究了缓冲套斜面长度、缓冲阻尼孔孔径对缓冲性能的影响,并确定了缓冲结构参数优化值。仿真结果表明:合理缩短缓冲斜面长度并扩大缓冲阻尼孔孔径,可以有效控制缓冲压力曲线变化趋势,满足缓冲峰值压力控制要求的同时降低机械冲击。仿真结果为该型油缸缓冲结构的优化提供了参考。     

潜孔钻机大臂油缸缓冲装置性能研究

为了研究液压潜孔钻机大臂油缸缓冲装置在定孔位过程中的缓冲性能,以某型潜孔钻机大臂油缸为研究对象,利用计算机仿真技术,建立潜孔钻机大臂油缸仿真模型,根据实际工况进行大臂油缸缓冲特性的动态仿真。在SimulationX中模拟潜孔钻机钻孔姿态调整过程,输出油缸的压力、流量和活塞位移速度等数据,通过分析仿真结果来确定大臂液压缸缓冲装置的有效性。研究结果表明,浮动缓冲套式液压缸有着良好的缓冲性能,能有效减小钻机工作姿态调整过程中的冲击。     

液压挖掘机斗杆再生结构研究

通过对现在市场主流液压元件的斗杆再生结构的研究,阐述了斗杆再生的结构及工作原理。斗杆再生是在挖掘机斗杆油缸回收时,将因工作装置势能影响下产生的斗杆油缸小腔的高压液压油再生到斗杆油缸大腔的一项技术,该技术的难点在于再生流量多少的控制及斗杆复合动作时的协调性。通过对不同斗杆再生结构的性能对比分析,并通过对挖掘机的测试验证,总结了不同再生结构的优缺点。斗杆再生技术可以回收能量,极大的提高了挖掘机的工作效率,并降低挖掘机能耗。     

挖掘机斗杆液压油缸安装孔平行度对油缸承载的影响分析

针对挖掘机斗杆液压油缸出现的"拉缸"问题,全面分析了导致"拉缸"的原因。利用力的分解模型,分析出了安装孔的平行度偏差对液压油缸承载的影响方式,利用ANSYS软件建立了斗杆液压油缸有限元计算模型,并计算出两种工况下液压油缸的应力分布云图,从而明确了平行度对液压油缸承载的影响程度。根据分析结果,对斗杆液压油缸的安装孔平行度进行了调整,改进后油缸"拉缸"反馈率明显下降。     

基于SimMechanics的挖掘机模型仿真分析

为了查找挖掘机设计方案的不足,方便对原方哺进行修改,提高设计效率,利用MATLAB/SimMechanics仿真工具箱对挖掘机上部回转平台及工作装置进行了建模仿真,得到了液压挖掘机工作装置包络图,确定了其工作尺寸参数;通过对挖掘机铲斗施加重力负载,得到了动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸的受力变化图,结果显示铲斗油缸的受力变化很大.     

正流量控制挖掘机液压系统压力损失分析

以大型正流量控制挖掘机液压系统为研究对象,理论分析液压系统压力损失,建立机电液联合仿真模型,重点分析挖掘机典型工况下整机液压系统压力损失,探究出了不同动作整机压力损失具体数值以及压力损失分布情况。仿真结果表明:由于斗杆挖掘多路阀具有回油再生功能,管道中流量最大,达到910 L/min,使得斗杆挖掘液压系统压力损失较高,泵1侧进油路压力损失为3.31 MPa,泵2侧进油路压力损失为3.91 MPa。通过实验验证了仿真结果的准确性,为正流量控制挖掘机能量损失研究和性能提升奠定基础,提高挖掘机研发效率。     

液压挖掘机动臂流量再生节能系统研究

针对液压挖掘机动臂流量再生问题,对液压挖掘机动臂流量再生节能系统展开了研究。借助AMESim搭建了流量再生系统仿真模型,通过仿真得到了动臂油缸活塞位移速度曲线、动臂油缸压力流量曲线及再生流量曲线,对有无流量再生阀的动臂油缸位移速度进行了对比仿真,最后研究了流量再生阀开启压力和动臂油缸小腔回油背压对流量再生系统动态特性的影响。研究结果表明:流量再生阀系统的动臂油缸活塞伸出速度可达0.34 m/s;增大流量再生阀开启压力,动臂油缸大腔压力增大,活塞速度减小;动臂油缸小腔回油背压增大,动臂油缸活塞速度降低,系统再生流量减小。     

挖掘机工作装置负载口独立控制系统节能特性研究

传统的挖掘机负载敏感系统利用1根阀芯同时控制着液压执行器的进、出口油路,在实现运动控制的过程中,造成了多余的节流损失,使得系统能耗大、效率低,为此,结合负载口独立控制技术,采用了5个二位二通比例阀作为主控制阀,设计了挖掘机工作装置负载口独立控制系统,利用机械动力学分析软件ADAMS建立了挖掘机工作装置的动力学模型,利用液压系统仿真软件AMESim分别建立了负载敏感系统仿真模型和负载口独立控制系统仿真模型,分别对两种系统在平整土地作业工况进行了联合仿真分析。仿真结果表明:挖掘机的动臂缸、斗杆缸、铲斗缸在两种系统中均能很好地完成指定运动轨迹,而且相较于负载敏感系统,负载口独立控制系统的节能效率明显提高,平均节能效率可达到14.47%。     

大型正铲液压挖掘机斗杆升降回路及特性

在设计目前国内斗容和机重最大的矿用液压挖掘机液压控制系统中,为减小使用成本,采用交流电动机驱动变量液压泵组作为动力源。为满足工作效率要求,斗杆举升过程采用四台液压泵供油,通过四组比例多路阀(主控阀)阀外合流来满足斗杆的速度要求,为降低能耗,提出在斗杆下降过程依靠自重和专用的比例节流阀进行流量再生的控制方法,加快斗杆下降速度,提高系统工作效率。分析斗杆采用流量再生方法下降的前提条件,对斗杆液压缸在一个工作循环内的压力变化进行机电液一体化的联合仿真研究,按照仿真确定的参数设计并制造样机,试验测试表明,挖掘机加载最大试验负载25 kN时,所设计的液压控制系统可以满足斗杆满载举升所需要的压力及速度要求,斗杆下降采用流量再生方法后,下降时间由32 s缩短至18 s,下降速度明显加快,且下降结束阶段无液压冲击。通过试验,验证了挖掘机液压控制方案的正确性,为今后国内设计和制造更大型的液压挖掘机积累了数据和经验。     

正流量挖掘机动臂液压系统仿真与实验研究

 正流量液压挖掘机主泵提供的流量与给定的控制信号成正比例关系,可以实现流量的按需供给,操控性好,传动效率高,在中型挖掘机中得到广泛的应用。液压挖掘机的动臂动作频繁,能量消耗大,对动臂动作的研究具有重要的意义。以正流量挖掘机动臂液压系统为研究对象,建立了动臂液压系统的仿真模型,并在样机上进行了实验测试。结果表明正流量挖掘机起臂时主泵的压力裕度为1.5 MPa,落臂时主泵的压力裕度为0.5 MPa,正流量控制挖掘机的动臂缸控制特性很好的体现了驾驶意图,操控性好,传动效率较高。     

油液混合动力挖掘机建模与参数匹配仿真研究

为提高油液混合动力系统挖掘机的节油效果及操控性能,对某21 t油液混合动力挖掘机进行了参数匹配仿真研究。基于元件样本曲线及试验测试曲线,建立混合动力挖掘机数学模型和整机AMESim/Simulink联合仿真模型。根据动力源驱动结构、工作原理及负载特性,确定了释放策略。利用AMESim/Simulink联合仿真,分析不同辅助马达与蓄能器参数对燃油消耗量的影响,并依此确定系统匹配参数。仿真对比分析了参数匹配后的混合动力系统与原系统动臂油缸下降速度、发动机输出扭矩、燃油消耗量、燃油消耗率。结果表明,相对于原系统,节油率为12.5%,节油效果显著。     

Excavator energy-saving efficiency based on diesel engine cylinder deactivation technology

The hydraulic excavator energy-saving research mainly embodies the following three measures: to improve the performance of diesel engine and hydraulic component, to improve the hydraulic system, and to improve the power matching of diesel-hydraulic system-actuator. Although the above measures have certain energy-saving effect, but because the hydraulic excavator load changes frequently and fluctuates dramatically, so the diesel engine often works in high-speed and light load condition, and the fuel consumption is higher. Therefore, in order to improve the economy of diesel engine in light load, and reduce the fuel consumption of hydraulic excavator, energy management concept is proposed based on diesel engine cylinder deactivation technology. By comparing the universal characteristic under diesel normal and deactivated cylinder condition, the mechanism that fuel consumption can be reduced significantly by adopting cylinder deactivation technology under part of loads condition can be clarified. The simulation models for hydraulic system and diesel engine are established by using AMESim software, and fuel combustion consumption by using cylinder-deactivation-technology is studied through digital simulation approach. In this way, the zone of cylinder deactivation is specified. The testing system for the excavator with this technology is set up based on simulated results, and the results show that the diesel engine can still work at high efficiency with part of loads after adopting this technology; fuel consumption is dropped down to 11% and 13% under economic and heavy-load mode respectively under the condition of driving requirements. The research provides references to the energy-saving study of the hydraulic excavators.     

高速液压缸活塞式缓冲机构的研究

对采用活塞式缓冲机构的高速液压缸的缓冲过程进行了理论分析和实验研究。将整个缓冲过程分为孔口节流缓冲、锥形缝隙节流缓冲两个阶段,建立了该过程的数学模型,利用数学模型,分析了结构参数对缓冲速度及缓冲腔压力的影响。对两组不同结构参数的样机的缓冲过程进行了试验,理论分析结果与试验结果基本一致。     

提高我国高压超高压液压件铸件质量的必备设备(HIP)热等静压机

该文对工程机械的变量柱塞泵、整体式多路阀的零件特别是较复杂的铸件进行了研究,对解决铸件微小气孔的(HIP)热等静压机进行了研究。通过国际、国内对航空航天、军工用的高压、超高压液压件铸件普遍采用HIP技术处理的情况得出结论:我国对液压件铸件进行攻关时,仅偏重材料的化学成分是不够的,应把铸件处理设备和HIP设备作为必备设备,则高压、超高压液压件铸件才能真正过关。     

液压挖掘机上车结构参数与液压缸摩擦力参数辨识

在液压挖掘机上车机械臂的动力学分析基础上,提出利用液压缸平稳低速运行时的动力学特性建立与摩擦力无关的挖掘机臂动力学模型,并运用该模型通过离线辨识确定臂的结构参数。基于经典摩擦力模型建立液压缸的辨识模型,通过在线辨识实验得到了液压缸的摩擦力参数,为深入研究液压挖掘机的动力学特性、建立可靠的系统仿真模型及实现臂运动的精确控制提供了依据。     

基于负载平衡的混合动力挖掘机功率匹配研究

液压挖掘机在工作时,工况变化剧烈,但在每个工作循环中输出功率是有规律可循的,通过对单工作循环能量的回收与利用,能够使柴油机工况稳定。采用二次调节技术对负载功率进行平衡,使柴油机稳定工作在燃油高效区。利用SimulationX对原机系统进行建模,包括液压系统、柴油机、多体动力学模型,并与试验数据进行对比,验证仿真模型;将油液混合动力系统应用到原机系统,并对主要参数进行匹配;在前馈与压力双控制方案下,对改进后的模型进行功率匹配研究。仿真试验结果研究发现:在前馈与压力双控制方案下,能够减小柴油机装机功率并使柴油机功率输出平稳,基本稳定在燃油高效区。