基于模糊PI的波浪能液压转化系统平稳控制研究

在不规则波条件下对振荡浮子波浪能捕获液压转化系统进行模糊PI控制的研究,建立浮体的非线性动力学模型及非线性液压动力输出系统数学模型,建立基于转速误差信号反馈的马达排量模糊PI控制模型,对不同海况条件进行系统的数值模拟,研究模糊PI控制下波浪能转化系统马达稳定输出的特性,探究有效波高和能量周期对系统稳定输出的影响,模拟东海近岸水域不同观测点该波浪能捕获系统的全年捕获能量及马达输出能量.结果表明采用模糊PI控制器能够使马达输出功率、转速及转矩的不规则瞬变得到控制,马达转速基本保持稳定,功率平稳输出.马达转速及输出功率随有效波高增加而增大,马达排量的调节范围增大.马达转速及输出功率随能量周期增加而增大且增幅逐渐减小,马达排量的调节范围由大逐渐减小.基于东海海况数据对东海近岸9个观测点进行模拟,该波浪能捕获系统的年捕获能量及马达输出能量随着离岸距离增加而增大,舟山岛南部及东南部海域该系统年捕获能量及马达输出能量较高.     

惯性式波浪能供电浮标的液压能量转换系统设计研究

浮标是海洋探测的重要工具,就地取能利用波浪能为浮标供电可以满足其对高电能供给的需求。针对惯性式波浪能供电浮标,研究其液压能量转换系统的设计方法。利用CUMMINS时域方程建立描述由浮标和内部惯性体组成的双体系统的非线性间断动力学模型,得到影响波浪能量捕获过程的主要因素如下：蓄能器的压强体积比Ka和综合液压马达排量、发电机负载电阻与特征系数的影响系数Kr。在液压蓄能器容积为无限大的假设前提下,得到悬挂弹簧的最优弹性系数。对液压系统参数的研究表明,Ka不影响捕获的波浪能功率以及蓄能器平均压强但影响蓄能器压强的波动幅度;捕获的波浪能功率为Kr的单峰函数,而峰值处对应着Kr的最优值;使蓄能器压强标准差系数达到规定阈值的最大Ka值即为Ka的最优值。     

振荡浮子式波浪能发电装置液压系统仿真与改进

为了使波浪能发电装置在发电过程中更加稳定,采用了液压系统进行传动。该装置采用振荡浮子、连杆、并联液压缸进行波浪能的收集;采用蓄能器充当液压马达的动力源,并提出改进方法。通过理论计算,结合AMESim软件对整个液压回路进行仿真对比,进一步验证理论的正确性。     

直驱泵控三腔液压缸挖掘机动臂节能研究

针对液压挖掘机动臂系统举升时峰值功率大、下降时重力势能转换为热能浪费等情况，提出直驱泵控三腔液压缸动臂节能系统。该系统采用柱塞缸与活塞缸结合形成的三腔液压缸，通过伺服电机驱动定量泵控制A,B腔，C腔与蓄能器相接进行存储释放势能，并对蓄能器不同初始压力下对系统能耗进行分析。同时增设逆变器、电容等对马达工况回馈的能量进行电气式能量回收。MATLAB/Simulink建立直驱泵控三腔液压缸节能系统模型。在仅动臂升降工况下进行仿真，结果表明，相比直驱泵控差动缸，提出的节能系统可降低峰值功率36.64%和节能40.24%,实现高效的势能回收，取得良好的节能效果，同时系统运行速度最大误差减小了23%,进一步提高了系统运行平稳性。     

新型断带抓捕液压系统研究

提出了一种新型断带抓捕液压系统,该系统主要由蓄能器、二通插装阀、液压缸、电磁换向阀组成,利用AMESim建立了系统仿真模型,给出了二通插装阀通径为32 mm、蓄能器阀充气压力为7 MPa、气囊容积为3 L等关键参数下的液压缸活塞位移曲线,分析了不同蓄能器充气压力、蓄能器气囊初始容积及二通插装阀通径对液压缸活塞位移的影响。结果表明:在初始元件结构参数下,液压缸活塞响应的时间为0.13 s;蓄能器充气压力增大会减缓液压缸活塞响应,蓄能器气囊初始容积增大、二通插装阀通径增大会加快液压缸活塞响应。     

振动能量液压转换器结构与特性研究

针对TBM掘进过程中主机剧烈振动问题和施工环境特点,提出一种基于液压系统的振动能量吸收转换装置。介绍了该转换装置的系统结构组成与工作原理,采用AMESim软件建立该系统的仿真模型。基于仿真模型研究了工况参数和元件参数对振动能量液压转换装置性能的影响规律。分析表明,振动能量油液转换器能实现相应功能。同时,在该结构条件下,液压马达转速随着活塞频率先增加后减小;马达转速随活塞幅值增加而增加但小幅值影响不明显;马达转速上升时间随蓄能器容积增加而增加;单向阀弹簧刚度需进行合理设计,否则转换器不能正常工作。     

漂浮式波浪能装置能量转换系统研究

能量俘获系统与能量转换系统构成整个波浪能装置,其中能量转换系统是波浪能利用的关键环节。设计一套适用于漂浮式波浪能装置上的液压式能量转换系统,包括液压缸、液压马达、蓄能稳压系统、液压控制系统及发电机。液压控制系统中采用特制的“液压自治控制系统”,用于根据发电许可最大压力与最小压力控制液压系统能量释放与储蓄动作,并将最大压力提高到23 MPa,最小压力提高到9 MPa。大量试验数据表明,压力提高后的液压转换系统较之以前的液压系统在效率和可靠性方面有明显的改进,对波浪能海况试验样机研发意义重大。     

基于二次调节技术的旋挖钻机节能研究

旋挖钻机钻杆升降系统作业频繁且能耗高,其卷扬系统一般采用带平衡阀的液压马达驱动,钻杆下降时在平衡阀的节流作用下钻杆大部分的重力势能转化为液压油的热能,为此,提出了利用带二次调节的泵／马达配合蓄能器进行钻杆下放的能量回收,同时在提升钻杆时从蓄能器释放能量的二次调节系统。建立了二次调节系统模型,采用基于主轴转速反馈的PID控制算法,对系统的动态性能进行了仿真,并且建立了蓄能器能量回收数学模型,根据仿真的数据获得了蓄能器的能量回收率和释放率。研究表明,闭环控制系统响应迅速,运行稳定。     

合理选择关键参数提高液压再生制动能量回收率

针对半挂车制动器磨损严重、能量损耗等问题,对半挂车的再生制动系统进行了研究,提出了液压蓄能器式再生制动系统。通过建立仿真模型,并针对制动与驱动工况建立数学模型,分析蓄能器容积与预充压力、泵/马达排量对液压再生制动系统的影响。研究结果表明,增大泵/马达排量,能提升制动能量回收效率;制动能量回收效率随着蓄能器的容积大小而不同;蓄能器预充压力增大,制动距离短,但不利于制动能量的回收与驱动位移的增加。再生制动系统能增加半挂车的行驶位移,提高燃油经济性,为液压混合动力研究提供了参考。     

新型传动试验装置能量再生系统效率分析

建立了静液压储能传动汽车能量再生系统各分立元件蓄能器、变量泵/马达、飞轮以及液压回路的分析模型和系统模型.以蓄能器压力和温度、泵/马达的扭矩和效率、压力损失和飞轮的转速为时间参变量,采用四阶Rugge-Kutta算法求解微分方程.以此计算的系统变量来确定能量损耗和循环效率.计算结果表明,能量损耗主要产生于液压泵/马达,约占总损失的24%,当蓄能器的热时间常数为60 s时,蓄能器基本处于绝热状态,热能损失很少;系统循环效率在50%～75%,与计算时飞轮的初速度和转动惯量有关.     

液压驱动机械臂势能回收利用研究工作进展

液压缸驱动的机械臂,由于自身重量较大,举升过程中会累积很大的重力势能,在下降过程经过液压阀的节流作用转换为热能耗散掉,不仅浪费能源,还需要额外的冷却装置进行散热,进一步增加系统的能耗和成本,解决方法是高效率地回收和利用这部分能量。对重力势能电气回收利用方式和液压回收利用方式的国内外研究现状进行全面的分析对比,根据重力势能回收和再利用过程能量的转换方式与传递路径,分析电气回收利用、蓄能器直接回收利用、闭式泵控与蓄能器组合回收利用、机械臂重力蓄能器预充压平衡四种方法的优点和不足。最后,对全新的能量转换次数少、传递路径短、各环节效率高的液压和电气混合驱动机械臂工作原理、能效特性做分析,并给出试验测试结果,研究成果对设计和推广应用高能效液压缸驱动的机械臂具有重要的指导意义。     

基盘升沉补偿系统的设计和分析

针对深水勘察船的基盘升沉补偿系统进行研究.重点阐述无需专用能源,而利用海浪波动来储能和释放能量的被动补偿方法.介绍适用于深海的3种基盘被动升沉补偿系统的结构、工作原理和相关数学模型,并阐述补偿液压缸、补偿液压马达、蓄能器、重锤等主参数的选择方法.最后通过海深为3 000 m的算例来说明3种被动补偿方法的特点,为相关设计人员选用基盘被动升沉补偿机构和实际设计计算提供参考.     

液压挖掘机动臂势能复合式再生系统的研究

为提高液压挖掘机的能量利用率,提出了一种新型复合式动臂势能回收方法。把动臂下落时的回油腔通过回转马达连接到1个蓄能器上,动臂下落时的势能一部分转化为蓄能器的液压能,在动臂提升时蓄能器的液压能转化为动臂的势能;一部分通过发电机转化为电能,储存在超级电容中。蓄能器的压力用来辅助驱动回转泵的转动,这样就可以减少回转马达功率的输入,通过调整马达的排量来控制动臂提升和下落的速度,利用2个液控单向阀来实现系统的保压。这种方法没有节流和溢流损失,回收效率高。通过仿真验证了方法的可行性,实现了动臂势能的回收,为动臂势能回收的实际应用提供了参考。     

无人机气液压弹射系统建模与弹射过程仿真分析

无人机气液压弹射系统分为液压缸驱动式和液压马达驱动式两种,采用液压马达驱动的无人机气液压弹射系统在国内研究较少。以蓄能器组作为弹射过程中的主动力源,以液压马达作为驱动元件,分析了液压马达式驱动气液压弹射系统的工作原理,运用AMESim软件对弹射系统进行建模与仿真,在不同条件下得到了无人机的速度-位移曲线。对各参数权重进行分析,分析结果表明蓄能器组充气压力、无人机与载物车综合质量以及液压马达排量是影响起飞速度的关键参数,为无人机气液压弹射系统的设计与调试提供了参考。     

起重机械液压回转制动能量回收系统设计

提出一种起重机回转制动的能量回收系统,该系统由液压回路和控制回路组成,采用多种液压阀体组成的液压调节器,回收回转马达制动时的能量,并以液压能的形式储存在蓄能器中。当蓄能器释放能量时,蓄能器中液压油驱动变量马达和电动机经过分动箱的动力分配后带动主泵对工作负载做功,并且流经变量马达的液压油可进入其他执行机构,实现了液压油流量的再生,减少了能量回收转换环节,提高了能量回收效率,高效地运转了发动机,降低了油耗。     

波浪能多腔油缸液压转换系统设计与研究

以振荡扑翼波浪能发电装置的液压转换系统为研究对象,设计一种含有多腔油缸的液压转换系统,将波浪能转换为可利用的机械能。以波浪能高效采集和液压转换系统稳定输出为原则,设计一种多腔油缸并确定液压转换系统的组成及各元件的具体参数。针对不同海况,通过改变电磁阀换挡策略,实现对波浪能的采集,调节蓄能器的个数和预充压力使液压系统高、低管路的压力保持稳定,通过液压马达能够稳定输出机械能。运用AMESim仿真平台搭建采集机构和液压转换系统模型,模拟3级、4级和5级海况下采集机构的运动响应作为系统输入,分析液压转换系统的有效性、输出稳定性和转换效率。仿真结果验证,所设计的液压转换系统通过改变电磁阀换挡策略,能够实现对波浪能的高效采集,并有效提高液压转换系统的稳定性和转换效率。为振荡扑翼波浪能发电装置的液压转换系统的开发与研究奠定了理论基础。     

液驱混合动力车辆能量回收系统关键问题研究

液驱混合动力车辆通过双向液压变量马达排量的改变,将车辆的制动能储存在液压蓄能器中.因此,有必要对双向液压变量马达排量控制机构的响应特性和蓄能器在储能及放能过程中的能量损耗进行研究.建立了排量控制机构的模型,并通过实验得到了关键元件高速开关阀的所需参数,分析了影响响应特性的因素;建立了蓄能器与连接管路的数学模型,对储能和放能过程中的能量损耗影响因素进行了分析.所得结论对液驱混合动力车辆的设计和动态特性分析具有参考意义.     

基于含有冗余支链3-RPS/3-SPS并联机构的波浪能转换装置优化设计

提出了一种含有冗余支链的3-RPS/3-SPS并联机构,基于该机构设计了一种新型的海浪发电装置。对波浪中发电装置的浮子进行运动学建模,得到耦合运动方程并采用切片理论方法确定了方程中的水动力系数。通过分析浮子能量采集效率与浮子尺寸的关系,确定浮子直径为6 m时波浪能采集效率较高。建立了3-RPS/3-SPS机构支链与末端的速度映射关系,通过对液压缸的受力分析,推导出液压缸等效黏性阻尼系数,进而建立了修正的浮子运动方程,该方法同样适用于其他采用并联机构的海浪发电装置。定义了波能装置的有效工作空间评价指标、全域运动学性能评价指标及输出功率指标,绘制了各项指标在结构参数上的分布情况,基于性能评价指标对波能装置进行多目标结构参数优选,确定了一组综合性能较优的几何参数。优选结果表明：波能装置中机构几何参数R=5 m,r=2 m时,工作空间体积、运动学性能及输出功率等性能均有不同程度提升。该研究为海浪发电装置的设计和应用提供了理论基础。     

功率回收型液压蓄能修井机动力匹配与计算

针对液压蓄能修井机,在系统设计方面,通过理论推导确定适用于蓄能器修井机的蓄能器容积、蓄能器蓄能跟随压力、系统发热功率等系统主要参数计算公式。在节能控制方面,按提升与下放两种主要工况,分别给出适于普通缸智能控制的功率匹配方案。随后以具体的XJ70Y修井机液压系统设计为例,根据公式逐一确定普缸的缸径及杆径、储能蓄能器容积、系统散热功率、系统流量、主泵排量等系统参数。进一步,通过实例计算与工况分析,以图表方式给出了一种可行的自动升降功率匹配方案,可供当前有蓄能器参与的升降机构节能系统设计参考。