进出口独立控制液压挖掘机回转系统运行特性*

传统液压挖掘机回转系统是由单自由度的四边联动的多路阀控制,导致其可控性较差,能耗较大。针对这一问题,提出采用泵阀复合、压力流量匹配的进出口独立的回路原理,控制液压挖掘机回转系统,液压马达两腔的压力和流量可以根据不同的工况进行独立调节。建立液压挖掘机回转系统机械结构多体动力学与电液系统联合的数字样机,利用该样机对所提出系统的可行性进行验证,针对回转系统大惯性的特点,分别对启动阶段和制动阶段制定相应的控制策略,仿真结果表明系统运行平稳。在此基础上,进一步构建基于上述原理的试验系统,并与LUDV系统试验结果进行对比,试验结果表明采用泵阀复合进出口独立控制方法能耗降低25.5%~35.6%,阀口压力损失减小50%,显著抑制上车摆动现象。     

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。     

液气储能双缸驱动大型液压挖掘机动臂节能特性研究

液压挖掘机工作过程中存在大量的重力势能浪费,严重影响整机能效并造成大的排放污染。针对双液压缸驱动动臂的大型液压挖掘机,提出采用双液气储能液压缸驱动液压挖掘机动臂、集成驱动与势能回收一体化原理,降低机器作业能耗和排放。将原双腔液压缸改为集成有储能腔的三腔液压缸,储能腔与液压蓄能器直接连通,通过液压蓄能器初始充液压力平衡工作装置自重,直接回收利用工作装置重力势能。根据36 t大型液压挖掘机作业特点和重力势能变化情况,设计出液压缸和液压蓄能器的参数。进一步建立数字化样机,通过对液气储能驱动系统进行仿真研究,对液压泵输出流量和控制阀的阀口参数重新匹配,修改了与回转复合动作的合流控制策略,并初步验证了液气储能驱动系统的节能效果。在此基础上构建了试验样机,90°标准装车作业循环测试表明,与同型号液压挖掘机相比,在满足同样挖掘力的情况下,整机工作效率提升20.7%,燃油消耗降低17.1%,如按每天作业8 h计算,单台车每天可节约燃油达47 L,减少二氧化碳排放123.6 kg。     

变转速非对称泵直驱液压挖掘机斗杆试验研究

由于结构紧凑,易于并行驱动多执行器等优点,阀控液压缸系统被广泛应用于工业和工程自动化装备,存在问题是节流损失大,能量效率低。为了降低液压系统能耗,有效的方法是采用直接泵控技术,消除节流损失。但传统进出口流量对称型液压泵驱动非对称液压缸系统,需要附加复杂的回路补偿非对称液压缸面积差,并且当液压缸负载方向频繁变化时,控制腔交替变化,液压缸运行平稳性差。针对上述问题,提出一种能够匹配非对称液压缸面积差的非对称泵控缸闭式系统方案,并将其应用于控制具有四象限工作特性的液压挖掘机斗杆。为了验证新提出方案的可行性,在前期仿真研究基础上,构建非对称泵控液压挖掘机斗杆试验系统,对采用新方案后斗杆的运行和能效特性进行研究。测试结果表明,新系统具有良好的控制特性,可消除负载方向改变造成的速度波动,与采用泵阀复合进出口独立控制系统相比,一个工作循环降低能耗达57.0%。     

单斗液压挖掘机液压回路效率分析

单斗液压挖掘机采用全液压控制其动臂,斗杆,铲斗杆三种液压缸和行走,回转两种液压马达。每个执行元件靠多路阀中相应的换向阀来控制,这种换向阀具有节流换向两种功能。液压回路存在进口节流和出口节流两个能量损失环节。本文分析了回路效率,认为传统的回路设计亟待改进。     

液压旋耕机工作装置负载敏感系统分析

根据液压旋耕机的工况特点,基于定流量阀后补偿负载敏感原理设计液压旋耕机的工作系统,分析该系统工作原理,采用AMESim平台搭建该工作装置负载敏感系统仿真模型,仿真分析该系统分别处于变负载工况、多路阀不同开口工况与流量饱和工况下的工作特性。由仿真可知,该负载敏感系统各执行机构所需流量主要取决于多路阀开口面积,与负载无关。且当系统发生流量饱和时,会根据多路阀前后压差按比例分配定量泵输出流量,使各执行机构独立地工作。证实了将负载敏感系统运用在旋耕机中,使旋耕机能够实现单泵驱动多个动作,实现升降液压缸与回转液压马达的复合动作,使其工作系统便于控制。     

电驱动挖掘机流量匹配系统动臂特性研究

以6 t液压挖掘机动臂为研究对象,提出伺服电机驱动定量泵的流量匹配控制系统。在SimulationX中搭建伺服电机仿真模型,通过与伺服电机响应特性试验结果对比,验证伺服电机模型的准确性;建立液压挖掘机动臂机械结构多体动力学与电液系统的联合仿真模型,仿真分析了不同控制方式下,动臂的运行特性和能耗特性。结果表明,与负载独立流量分配(LUDV)系统相比,采用伺服电机驱动定量泵流量匹配控制的动臂能耗降低约13.6%。     

WY22LC液压挖掘机液压系统

WY2 2 LC液压挖掘机是我公司自行研制开发的一种新产品。它是一种履带式、全回转、以柴油机为动力、全液压驱动的单斗挖掘机。该机液压系统的主泵、多路换向阀、回转装置和行走装置均采用具有 2 0世纪90年代先进水平的进口件。液压系统最大流量为 2×1 90 L/min,最高工作压力为 30 MPa。1　液压系统的工作原理 (见图 1 )该系统的主泵采用恒功率变量双联泵。其中 ,泵P1通过多路换向阀为回转马达、斗杆缸和右行走马达提供压力油 ,通过伺服系统操纵多路换向阀 ,实现斗杆的伸缩、平台的回转和右履带的行走。而泵 P2 通过多路换向阀为动臂缸…     

现代挖掘机的液压操纵和控制系统

液压挖掘机的作业操纵系统 现代液压挖掘机的作业操纵系统是用来完成挖掘作业中各种动作的操纵，它是挖掘机的主要操纵系统。液压挖掘机挖掘作业过程中主要有铲斗转动、斗杆收放、动臂升降和转台回转等四个动作。作业操纵系统中，工作液压缸的推拉和液压马达的正反转，绝大多数是采用三位轴向移动式滑阀来控制油液流动的方向，而作业速度则是根据液压系统的形式（定量系统或变量系统）和阀的开度大小等，由操作人员控制或者通过辅助装置来控制。     

全电控正流量液压挖掘机启动压力冲击研究

针对全电控正流量液压挖掘机执行机构启动阶段压力冲击较大的问题，对正流量液压系统中位卸荷阀阀口开度、主阀阀口开度、正流量泵输出排量之间的匹配特性进行研究。建立了卸荷阀阀口开度、外负载力、泵口输出流量之间的数学模型，提出了启动阶段卸荷阀阀口开度、正流量泵输出排量、主阀阀口开度之间的匹配原则，并在高精度机电液联合仿真平台上进行验证。结果表明：挖掘机执行机构在启动阶段的压力冲击减小30%以上，执行机构启动平稳性显著提升。     

泵阀并联进出口独立系统特性

为结合阀控系统响应快和泵控系统能效高的优点,并减少传统四边联动阀带来的节流损失,提出一种泵阀并联进出口独立控制系统方案,应用于某6 t液压挖掘机动臂及斗杆系统。建立多学科联合仿真模型,设计泵阀协同驱动控制策略,研究了阀控单元与泵控单元输出功率比对系统特性的影响,并应用泵控单元消除了多执行器载荷差异带来的节流损失,对比分析传统进出口独立控制系统与所提系统的运行特性和能耗特性。仿真结果表明,增大阀控单元输出功率占比,可提高系统动态响应;增大泵控单元输出功率占比,可有效减少系统能耗。与传统进出口独立控制系统相比,该系统可减小节流损失90%,降低系统能耗41%,并改善重载执行器响应滞后现象。     

液电混合驱动液压挖掘机动臂特性及能效研究

液压挖掘机作业时,动臂频繁升降,举升过程中工作装置集聚的大容量重力势能,在下降时经控制阀转换为热能耗散掉,不仅造成非常大的能量损失,也使油液温度快速升高,需附加额外的冷却装置进行散热,油温的升高也常常引发液压系统故障。为此,提出电动缸为主、液压缸-蓄能器组合为辅的液电混合动臂驱动解决方案。动臂下降时,工作装置的重力势能转化为液压能存储在蓄能器中;动臂举升时,存储在蓄能器的液压能驱动液压缸辅助电动缸驱动动臂,电动缸仅需驱动惯性载荷和物料重力。在研究中,建立了液电混合驱动动臂的试验样机,对其运行特性和能效特性进行了试验测试。结果表明,较无重力势能回收的进出口独立控制系统,相同工况下,液电混合驱动方式降低能耗达72.7%,显著提升了挖掘机动臂举升系统的能量效率。     

液压挖掘机动臂自重液-气储能平衡方法研究

液压挖掘机在作业中,动臂将高频次大范围举升和下降,现有挖掘机无能量回收装置,大量势能将在动臂下降时通过控制阀的节流作用浪费掉。为回收利用这部分浪费掉的能量,对动臂自重液-气储能平衡方法进行研究,在此基础上,提出采用三腔液压缸直接转换利用挖掘机重力势能的系统原理。三腔液压缸是在原两腔液压缸基础上,将双腔液压缸无杆腔分为两个容腔而构成,其中一个容腔与蓄能器连接,称为配重腔,设置蓄能器压力与动臂自重基本平衡。研究中,首先建立动臂驱动系统的能耗数学模型,分析系统的能量特性;然后以20 t挖掘机为例,建立整机的机电液联合仿真模型,分析对比分别采用双腔液压缸系统和三腔液压缸系统,动臂的运行特性和能耗特性;进一步构建试验测试平台,验证所提系统的可行性和节能效果。结果表明,新系统较双腔液压缸驱动系统,重力势能回收利用率达68%,节能效果显著,该方法也完全适用于各种类型的液压举升机构。     

液气复合驱动液压挖掘机动臂运行特性及能效

液压挖掘机作业中,大质量动臂举升储存的势能经液压阀口节流转化为热能耗散,不仅浪费能源,还使液压油温度升高,需附加冷却系统降温,增加了机器的成本和复杂性。为解决上述问题,在原有负载敏感驱动回路的基础上,提出基于三腔液压缸的工作装置自重液气平衡势能回收利用方法,三腔液压缸中一个油腔与液压蓄能器直接连通,存储利用工作装置的势能。研究中,首先根据前期的仿真结果,建立了基于三腔液压缸的液压挖掘机测试样机,通过试验,分析对比了分别采用两腔液压缸和三腔液压缸驱动动臂的运行特性与能效特性,测试结果表明,增加液气储能容腔后,提高了系统运行的平稳性,动臂运行过程中的能耗降低48.5%,峰值功率降低64.7%,节能效果显著。新的方法也同样适用于各类液压缸驱动的重载举升装置。     

水液压阀控摆动缸结构设计及动态性能仿真分析

液压摆动缸作为水下机械臂的核心部件之一,是机械臂的重要执行与能量转换机构。目前的液压摆动缸主要依靠油压驱动,存在与海洋环境不相容和易发生腐蚀磨损失效等诸多问题,因此提出了一种以水作为传动介质的液压摆动缸。研究了水压摆动缸关键部位的密封形式,并建立高速开关阀控摆动缸AMESim模型,分析了批处理的单参数对阀控缸系统跟随特性的影响;然后利用AMESim和Simulink联合仿真技术,建立了联合仿真模型。通过联合仿真解决了传统MATLAB仿真中难以建立精确数学模型的问题,加入PID控制器,使得系统响应速度加快,超调减小,抗干扰能力提高,跟随性能提高。     

基于AMESim捣固装置节能液压系统仿真

针对捣固车捣固作业过程中阀控节流系统在频繁周期动作时产生大量能量损失的问题,提出了一种节能液压系统方案.对捣固车捣固装置升降油缸高频往复运动工况进行分析,研究了其能量回收潜力;运用AMEsim软件建立原系统和节能液压系统仿真模型;比较了两种方案下的油缸位移和流量.研究结果表明:在此节能液压系统中,蓄能器的容积对系统节能...     

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。     

基于伺服电机驱动泵控缸技术的挖掘机性能研究

为了降低工程机械动力系统的能耗、噪声和废油处理对环境的影响，以某型号液压挖掘机为研究对象，采用无节流损失的伺服电机驱动定量泵的直驱液压技术替代传统的发动机-变量泵-多路阀-执行元件的阀控技术；建立工作装置动力学、泵控缸液压系统、伺服电机、控制系统多学科领域的系统模型，通过典型挖掘循环下的仿真分析研究其系统跟踪性能、能耗和系统效率。研究成果对工程机械的新能源化(纯电驱动或混合动力化)具有理论和实际意义。