截割部升降油缸负载口独立控制研究

针对传统掘进机截割部液压系统控制自由度低、背压高、灵活性差等问题,采用负载口独立控制技术对截割部升降油缸进行控制,实现升降油缸压力、速度独立控制。介绍截割部升降油缸负载口独立控制液压系统设计思路,提出了基于升降油缸2种工作状态的独立控制策略;其次,利用AMESim和MATLAB软件搭建了截割部机械-液压-控制联合仿真模型,通过对升降油缸伸出和缩回过程的阶跃控制仿真、正弦控制仿真以及工况切换控制仿真,验证了升降油缸负载口独立控制液压系统及其控制策略的有效性。     

负载口独立控制系统主动防气穴控制研究

传统液压系统在主动型负载工况下,易出现气穴现象,从而造成压力波动、流量失控、气蚀等现象。以基于机液压差补偿的负载口独立控制系统为研究对象,简化液压系统原理图。为避免气穴现象,对进、出口节流特性进行分析,得到进、出口节流面积比μ的最小值。采用仿真软件AMESim,分别对负载口独立控制系统和负载敏感系统进行建模,并进行液压缸伸出工况和缩回工况仿真分析。结果表明：在负载敏感系统中,随着负载F的增大,进油腔的压力会低于0,即出现气穴现象;而在负载口独立控制系统中,通过改变进、出口面积比μ,可以实现进油腔的压力保持在设定的目标压力pm左右,从而避免气穴现象。     

基于多仿真模型的动臂势能再生控制策略研究

液压挖掘机工作时,动臂频繁下降会造成大量重力势能浪费,因此动臂势能再生能够有效提高挖掘机能耗效率。基于1.7×104 N液压挖掘机实验平台,设计一种组合式节能型动臂结构及其液压再生回路,建立动臂动力学模型、液压模型与控制器模型,进行多仿真模型联合仿真,提出基于模糊PID控制策略进行动臂势能再生控制。结果表明：与传统PID控制的无蓄能器模型相比,模糊PID控制的动臂势能再生系统节能效率达到25.57%,高于传统PID控制策略的18.04%。     

液压挖掘机动臂节能系统分析

针对液压挖掘机动臂下降过程中大量势能转化为热能的工况,对普通的动臂液压回路、动臂流量再生回路和动臂势能回收系统进行了分析和比较,根据动臂下降过程中能量的变化,改进设计了带势能回收的流量再生回路系统。以23t液压挖掘机为研究对象,分析并计算了4种回路的功率分配和能量损耗。采用仿真软件AMEsim建立仿真模型,对4种回路的运行参数和能量损耗进行对比,并对带势能回收的流量再生回路的关键参数进行分析。仿真结果表明:选择合适参数的带势能回收的流量再生回路大大降低了节流阀上能耗,具有较高的能量利用率。     

三腔液压缸驱动装载机动臂运行特性仿真研究

装载机外负载变化频繁且波动范围大,动臂举升时液压系统峰值功率大,动臂下降时举升装置重力势能经液压阀口以节流损失的形式转化为热能,导致液压油温度升高、系统能量效率低。提出基于三腔液压缸的装载机动臂自重液气平衡势能回收系统,在SimulationX仿真软件中建立了装载机机液联合仿真模型,通过试验结果验证了该模型的准确性。在此模型的基础上,采用已建立的三腔液压缸仿真模型代替原机动臂两腔液压缸,针对空载工况中动臂的举升下降过程进行了仿真研究,对比两腔液压缸与三腔液压缸的运行与能耗特性。研究结果表明:在蓄能器初始压力为6 MPa时,该系统具有与原机相同的运行特性,液压泵峰值功率降低57. 1%,能量消耗降低约39. 5%。     

挖掘机动臂势能回收系统蓄能器压力设计及试验

为降低液压挖掘机整机能耗,提出一种以蓄能器为储能装置的液压挖掘机动臂闭式回路势能回收系统。以80k N级液压挖掘机为研究对象,基于系统工作原理,建立了能量回收系统电动机-泵/马达轴系力矩平衡模型,分析了蓄能器平均工作压力与负载压力的关系。结果表明:电动机-泵/马达轴系在电动机无功率输出工况力矩平衡时,液压蓄能器工作压力平均值约为动臂负载压力的2倍。并结合半载工况挖掘机动臂下降试验,确定8吨级液压挖掘机蓄能器最小和最大工作压力分别为16.04 MPa和19.56 MPa。     

混合动力挖掘机动臂势能分级回收仿真研究

针对挖掘机动臂势能浪费大的问题,提出一种混合动力挖掘机动臂势能分级回收系统,该系统采用低、中、高压蓄能器进行分级势能回收。分析系统工作原理,建立动臂油缸和蓄能器能量数学模型,运用AMESim建立液压系统和控制策略,并在典型工况下进行仿真。仿真结果表明：挖掘机动臂采用低、中、高压蓄能器进行分级势能回收是可行的,该系统节能率达到40.6%,能量回收效率保持在36.1%以上。     

混合动力挖掘机动臂液压系统节能仿真分析

针对挖掘机动臂下降时较大势能转化为热能的工况,各种能量回收与再利用系统逐渐被提出。基于流量再生与平衡理论提出一种挖掘机动臂的能量回收系统,在该系统中,动臂下降时的部分势能通过流量再生的方式得到直接利用,而另一部分势能通过平衡回路以液压能的形式储存在蓄能器中,当动臂上升时再将该部分能量释放出来,完成能量的回收与再利用。使用AMESim搭建传统挖掘机工作装置模型与该能量回收工作装置系统模型,通过计算分析得到能量回收系统中主要参数的最优值。仿真结果表明：能量回收系统在参数优化后,可实现对挖掘机动臂势能37.25%的回收与利用;同时,在挖掘机动臂的一个典型工作周期中,参数优化后的能量回收系统相较于传统挖掘机动臂系统,可实现55.52%的流量再生以及31.64%的节能效果。     

进出口独立控制的装载机摇臂液压系统研究

传统的液压装载机常采用单阀芯多路阀来控制执行器的运动,存在进出油口同时节流、节流损失大等不足,特别是对于装载机的摇臂液压缸,其外负载变化频繁且作业工况复杂,使用传统的多路阀控制效果不太理想。针对以上问题,提出一种可用于装载机摇臂液压系统的进出口独立控制策略。利用SimulationX仿真软件建立原装载机机液联合仿真模型,并通过试验验证了所建立装载模型的准确性。在原模型的基础上构建了进出口独立控制的装载机摇臂液压系统,对改进后的摇臂液压系统进行仿真研究。结果表明:新系统的控制方式在能量利用和效率方面更具优势。     

基于回油补偿的负载口独立系统节能特性分析

针对抗流量饱和研究中传统负载敏感系统节流损失大、电液压差补偿控制难度高的问题,将负载口独立控制技术应用于负载敏感系统,设计一种新型抗流量饱和的负载口独立系统。建立该系统节能特性模型,并与传统负载敏感系统的节能特性进行对比。结果表明：该系统的效率优于传统负载敏感系统,当液压缸处于阻抗缩回工况时,该系统节能效果更明显,节能效率为15.97%。     

电动叉车举升系统的能量回收研究

电动叉车在仓库货物存储领域的地位日益提高,其举升系统频繁的上下往复作业不断将势能转化为热能,造成液压系统的温升,降低液压元器件的使用性能和寿命。为避免以上问题,提出一种基于发电机和蓄电池的电动叉车势能回收系统,并利用AMESim进行势能回收效率仿真分析。仿真结果表明:在负载1 t工况下,基于蓄电池的势能回收系统,势能回收约为23.34%,为电动叉车势能回收实验奠定基础。     

破拆机器人臂系动态特性及能耗分析

随着经济和社会的发展,对破拆机器人工程作业的位置精度和能耗提出了更为严苛的需求。为了提高作业定位精度、降低系统能耗,通过反馈油缸杆位移建立基于PID的闭环控制系统提升位置精度,通过大臂驱动缸和平衡缸的双液压缸设计,建立大臂运动过程的重力势能回收系统。通过平衡缸连接蓄能器储存大臂下降过程势能并在下一个抬升工况再利用,降低负载敏感泵跟踪最大负载的输出压力,实现节能控制。通过ADAMS-AMESim软件联合,对基于PID的闭环系统动态特性和双液压缸大臂势能回收系统的动态特性和节能效果进行仿真。结果表明,闭环系统可精确控制油缸位移,误差小于1 mm,有效补偿了泄漏等造成的误差;双液压缸大臂能量回收系统针对大臂升降工况泵输出功率降低60%以上,实现了能量回收再利用。     

液压挖掘机能量回收系统的仿真分析

普通液压挖掘机在典型工况下,动臂、斗杆和铲斗下降存在着巨大的势能浪费,并且由此而引起液压元件发热、失效等问题.针对这些情况,设计一种由换向阀、液压马达、发电机和蓄电池组成的能量回收系统.采用AMESim建立了挖掘机工作装置和液压系统的仿真模型.仿真结果表明:在一个工作周期中,动臂可回收能量最高,且其对应回收系统中蓄电池的荷电状态值(SOC)增加最多.所以在进行混合动力挖掘机设计时,优先对动臂的能量进行回收,可以在控制装机成本的情况下,最大程度地实现节能.     

液压挖掘机动臂液压系统的节能研究

在分析了液压系统常见的能耗问题的基础上,以现有的某型号液压挖掘机动臂液压系统为研究对象,设计了新型动臂势能回收系统,并建立该系统的AMESim模型。通过仿真分析得出新液压系统的能源利用率比不采用任节能措施的液压系统提高了34.8%,有良好的节能效果。     

液压挖掘机动臂势能回收与控制技术研究

为缓解日益严峻的环境问题,提出了一种新型液压挖掘机动臂势能回收系统,提高了液压挖掘机的能量利用率。为降低势能回收系统对操控性的影响,提高系统的操控性能,分析了新型势能回收系统的特点;提出了针对该系统的控制策略和系统控制方法;建立了该控制系统的数学模型。通过仿真验证了该方法的可行性,在实现势能回收的基础上提高了系统的操控性能。     

基于流量匹配的泵控挖掘机动臂能耗特性分析

为解决泵控非对称缸两腔所需流量不相等的问题,在轴向对称柱塞泵的基础上,提出一种能够平衡非对称缸流量差的变量非对称泵控缸闭式方案。通过控制变量非对称泵的斜盘角度实现对非对称缸的运动方向与两腔流量的控制,并将其应用于负载敏感液压挖掘机动臂回路中。为分析该方案的可行性,利用AMESim软件建立系统仿真模型。通过仿真分析,对比了变量非对称泵控系统与传统负载敏感阀控系统动臂运行特性和能耗特性。结果显示,采用变量非对称泵控系统动臂运行更加平稳,能耗降低36.9%。     

基于机液压差补偿的负载口独立控制系统节能特性分析

将负载敏感技术与负载口独立控制技术结合起来,以负载口独立控制技术原理为基础,利用负载敏感技术的机液压差补偿方法,以电液比例插装阀为基本控制单元,设计了基于机液压差补偿的负载口独立控制系统,对其阀口节流损失特性进行分析,提出基于进、出油口开口度独立调节的节能控制方法,并与负载敏感系统的节能特性进行对比。分析结果表明:基于机液压差补偿的负载口独立控制系统的节能特性优于负载敏感系统,并且随着执行器两腔面积比的减小,节能效果越明显。     

带增压器的挖掘机节能装置仿真分析

为解决现有液压挖掘机动臂下降过程中存在的能量损失问题,提出一种油液混合动力能量回收与再利用系统,该系统使用连续增压器解决能量存储与释放过程中蓄能器与动臂油缸之间的压力匹配问题。介绍连续增压器的基本原理,建立油液混合动力系统的数学模型,基于AMESim搭建系统仿真模型并对能量回收与再利用过程进行仿真。结果表明：该系统可以有效地回收原本动臂下降过程中损失的势能,并存储在蓄能器当中;在负载不变的情况下,动臂每下降3次所回收的能量可将动臂顶升1次。经计算,该系统回收的能量占可回收能量的47%左右。     

非驱动腔压力调控液压挖掘机能效特性研究

为减少非最高负载执行器控制阀口存在的节流损失，同时减少执行机构的重力势能及动能以节流损失形式耗散，提出通过非驱动腔压力调控原理减小负载差异导致的节流损失，并回收执行机构动势能，实现液压挖掘机系统低压损动力分配与传递；建立系统数字样机进行仿真分析。结果表明：新系统在保证控制性能的基础上，能通过压力调控提高非最高负载执行器非驱动腔压力，进而提高驱动腔压力，减小节流损失并回收能量；新系统还能回收执行机构动势能，在一个挖掘循环内，整机节能比例为13.22%。     

基于双蓄能器切换的非对称泵势能回收系统

针对挖掘机动臂在下落过程中单个蓄能器回收势能效率有限的问题,提出一种高低压双蓄能器切换的能量回收策略。基于能量回收原理,利用计算机仿真软件SimulitionX,根据工作装置的三维结构模型建立3D仿真模型和液压系统仿真模型。在此基础上研究挖掘机工作装置姿态对动臂势能回收效率的影响,对不同作业模式下蓄能器不同压力时的动臂伸缩过程进行模拟分析。最后调查统计了某工地挖掘机某段时间内的作业情况,并进行了计算分析。结果表明：挖掘机在该作业情况下,使用3 MPa和5 MPa的高低压双蓄能器回收能量比使用3 MPa的低压蓄能器效率提升29.23%,比使用5 MPa的高压蓄能器效率提升9.06%。