油液混合动力液压挖掘机动臂势能回收系统

针对油电混合动力系统价格昂贵、功率密度小的缺点,在对普通液压挖掘机典型工况特性进行分析的基础上,提出了一种以蓄能器为储能元件,由液压缸、换向阀、单向阀和蓄能器组成的油液混合动力液压挖掘机动臂势能回收系统,建立了相关数学模型。以实测液压挖掘机动臂下降参数为依据,对该能量回收系统节能效率进行了仿真分析,论证了数学模型和方案的正确性。通过与普通挖掘机动臂下降过程能耗比较,该能量回收系统回收效率较高,在满足实际工作要求下节能比率达14.8%。     

挖掘机动臂势能回收系统的压力滑模控制

为了实现混合动力液压挖掘机动臂势能回收,保证动臂下降过程的平稳性,提出基于Super-twisting滑模控制的以稳定动臂液压缸上腔压力为目标的能量回收控制方法.在建立关键元件的数学模型讨论能量回收时挖掘机动臂下降的平稳条件的基础上,针对上腔压力控制和下腔压力控制2种情况,对比分析外力扰动对下降速度的影响;设计Super-twisting滑模能量回收控制器实现压力的稳定控制,证明压力稳定滑模控制器的稳定性.通过AMESIM进行系统仿真,结果表明:以下腔压力为控制目标和以上腔压力为控制目标的液压挖掘机动臂势能回收控制方法能够满足动臂势能回收时平稳下降,其中,以上腔压力为控制目标有较好的抗外力扰动能力,且更容易确定控制目标.     

基于液压平衡的试油试采系统建模与仿真

根据试油试采工况的特点与需求,提出采用液压泵/马达作为平衡配重的移动式试油试采系统.试油试采系统采用开关磁阻电机作为主驱动电机,采用液压泵/马达和蓄能器作为配重.在下冲程时将抽油杆势能和主驱动电机输出的能量储存,在上冲程时将储存的能量释放,液压泵/马达和蓄能器组成的配重与主驱动电机共同提升抽油杆.利用质量集中法,将试油试采系统简化为三质量二联结系统,建立系统动力学模型,通过Simulink仿真得到系统动力学特性,包括抽油杆位移和速度、液压系统压力以及主驱动电机的功率.通过分析仿真结果可知,系统满足试油试采作业对于冲程冲次的要求;通过液压平衡配重提高了能量利用率,可以减小系统装机功率64.3%;电机运行工况得到改善,不对负载提供阻力矩,无负功工况,减小了对电力系统的冲击;系统结构紧凑,集成度高,便于运输.     

液压混合动力挖掘机能量再生控制研究

针对挖掘机耗油高、排放差等问题,通过分析挖掘机工况特征及发动机输出扭矩的波动情况,结合能量再生系统功率密度大的特点,提出将液压混合动力以并联方式配置在挖掘机上代替传统单一动力源的新型节能方法.该方法通过吸收发动机多余功率、回转装置的惯性能和动臂处的重物势能达到节能目地,对不同的能量回收装置控制方式进行了分析,设计了基于智能PID的转矩和转速控制算法,并通过仿真和模拟实验平台验证了算法对提高系统控制性能的有效性和适用性.研究结果表明,采用该方法可平均发动机的功率,高效回收系统能量.     

混合动力液压挖掘机能量回收系统仿真研究

混合动力在工程机械的应用是当前的研究热点,为了研究混合动力挖掘机执行机构能量回收的动态过程,用多体动力学软件Recurdyn建立逼真的液压挖掘机工作装置模型,用Simulink建立了液压回路能量回收系统中马达、发电机、动力电池模型,对动臂和斗杆势能的回收过程进行了研究．分析了动臂油缸、斗杆油缸在能量回收过程马达转速变化规律及负载电磁转矩变化规律,并对能量回收效率进行了分析．为混合动力在挖掘机的技术提升方面提供可靠依据．     

扭矩耦合式油液混合动力挖掘机能量管理

为了优化扭矩耦合式油液混合动力挖掘机(HHE)系统的能量管理策略,提出基于拉格朗日乘数法的在线能量优化管理策略.基于最优控制理论,定义系统节能优化目标函数与约束.以实际采集的挖掘机作业工况作为负载输入,利用拉格朗日乘数法对目标函数进行快速求解,得到最优权值以及离线优化能量管理策略.为了对能量管理策略进行实时应用,使用间隔采样移动窗口法来估计权值,引入基于蓄能器能量状态(SOC)的修正函数,得到对蓄能器SOC具有自适应性的在线自适应能量管理策略.结果表明,提出的在线自适应能量管理策略可以被实时应用,通过选取合适的修正敏感系数后,能够对蓄能器SOC进行边界约束,并达到与离线优化相近的节能表现(18.1%).     

液压挖掘机回转制动能量回收系统

为了回收液压挖掘机在回转阶段的制动能量,提出一种基于回转马达进/出口压力差自动识别回转过程所处阶段,决策能量回收的全液压自动控制回转制动能量回收系统.引入一正态分布函数,以蓄能器压力状态（SOP）、液压泵出口压力以及负流量反馈压力为输入信号,根据负载的实时需求功率,提出一种以复合恒功率 负流量动力控制决策发动机和蓄能器主辅动力源的能量分配方法,保证回转机构的正常高效运转.仿真结果表明,当回转系统作为单独执行机构时,采用该回收系统的液压挖掘机,能够实现高达50.0%的再生制动能量用于驱动回转的能量回收利用效率,在相同工况下比同吨位液压挖掘机节能16.3%,不影响操作习惯和操作性能.     

基于调速阀的进口节流调速系统负载变化动态特性研究

以调速阀进口节流调速系统为例,建立以负载作为输入,液压缸无杆腔压力作为输出的系统数学模型,将系统简化为稳定的二阶系统,得到了液压缸无杆腔压力超调量的变化规律.利用压力传感器测量液压缸无杆腔压力变化,特别是压力超调量的变化,对理论推导和分析所得结论进行了试验验证.     

起重机卷扬系统能量流动分析及势能回收系统实验

卷扬系统的工作能耗占起重机整机工作能耗的37%,在卷扬下放过程中存在较大的势能损耗,针对此部分能量损耗,本文提出了卷扬势能回收和再利用系统方案。通过分析现有卷扬下降过程中的能耗损失机理,提出了一种基于卷扬-马达-同步电机机械连接的能量回收系统,建立了系统数学模型,并给出节能系统势能回收率的计算公式,分析了系统的动力耦合特性和影响能量回收率的因素(负载质量和电机功率)。最后,以某型25t越野轮胎起重机作为研究对象,搭建实验平台对势能回收率进行研究。实验结果表明,系统势能回收率约为45%~65%。     

旋挖钻机主卷扬系统下放势能回收的仿真

针对目前旋挖钻机尚未实现对主卷扬下放时钻杆重力势能回收的现状,设计了一种采用液压马达的势能回收系统.本系统以某型号旋挖钻机为研究对象,在AMESim环境中建立能量回收仿真模型,并提出了一种调节主卷扬马达排量、发电机控制扭矩以及节流阀开口度的三变量联合控制策略.试验和仿真结果表明,该势能回收系统能够有效回收卷扬下放时钻杆的重力势能,并且三变量联合控制策略能够很好地控制卷扬的下放速度,不仅保证工作的平稳性,减少发动机输出,而且还回收了大量的重力势能.     

压电液压马达的性能分析与测试

为满足大行程、高输出力精密驱动与控制的需求,提出一种压电叠堆隔膜泵驱动的压电液压马达,建立了理论模型并进行了仿真分析.给出了刚度匹配时最佳面积比及最佳负载的确定方法.设计制作了试验样机,测试了半径比对其性能的影响规律.在工作频率为280 Hz时,半径比为0.8马达的输出功率是半径比为0.53马达输出功率的4.43倍,这说明选取合理的结构参数可有效地提高马达性能.理论分析结果表明,负载一定时,存在最佳的结构参数(刚性顶块与泵腔的半径比、泵腔与液压缸面积比)使马达速度及功率最大、最佳面积比随半径比增加而减小.结构参数一定时,速度随负载增加而降低、存在最佳负载使输出功率最大,且最佳负载随面积比及半径比增加而降低.     

一种闭环液压能量再生系统研究

针对目前旋转负荷能量再生系统效率低、成本高等缺点,提出一种新型的液压能量再生系统.该再生系统以闭环静压传动系统为基础,主要由泵、泵/马达、蓄能器、方向控制阀等液压元件组成.系统启动时利用液压泵与蓄能器驱动泵/马达带动负载旋转,制动时负载动能转变为液压能并储存在蓄能器中,在不引起流体流动逆转的情况下实现能量回收.首先,对该系统进行了建模;其次,设计一种由上位控制器和主控制器组成的分层控制系统,针对系统模型的不稳定性与不精确性,把主控制器内的二级控制器设计成为一种自适应模糊滑模控制器;最后,对系统的能量利用率和系统能量回收潜力的影响进行分析.结果表明:本文方案在制动过程中对系统能量回收率可达66.4％,在启动时比其他方案节省能量最高可达35.5％,证明了所设计方案的有效性和控制系统的科学性.     

液压式能量回收的动臂节能系统准静态研究

针对液压挖掘机动臂下放时大量势能转化为热能的问题,提出一种同时采用进出口独立节流调节、流量再生和能量回收的新型动臂节能系统,分别建立传统动臂系统和新型动臂节能系统的准静态数学模型,通过推导和比较分析,明确新型动臂系统中动臂提升和下放的节能机制和所节约能耗的分布,结果表明该新型动臂节能系统具有较好的节能性。     

基于节流阀的进口节流调速系统动态特性研究

在进口节流调速系统中,负载的变化特别是阶跃变化,液压缸两腔压力会发生动态变化,甚至还会引起系统中液压元件损坏,影响液压系统的正常工作.以节流阀进口节流调速系统为例,建立以负载作为输入,液压缸无杆腔压力作为输出的系统数学模型,得到了液压缸无杆腔压力超调量的变化规律,并对理论推导与分析进行了试验验证,修正了液压元件主参数(额定压力)选择的计算公式,为系统设计以及元件参数选择提供依据.     

油液混合动力工程机械系统及控制策略研究综述

针对油液混合动力工程机械能量损失较大、能量回收效率偏低以及控制策略相对单一等问题,从混合动力系统液压原理和控制策略2个方面分析.将油液混合动力工程机械液压系统分为泵控液压系统、二次调节液压系统和复合结构液压系统3种形式,研究液压系统的设计思路和工作原理,将油液混合动力工程机械控制策略分为门限值控制策略、模糊控制策略和优化控制策略3类,分析适用工况,对比油电混合动力汽车控制策略与油液混合动力工程机械控制策略.油液混合动力工程机械的发展方向包括利用泵控系统代替阀控系统、开发储能元件、设计针对工程机械结构特点的控制策略以及控制目标多样化.     

气液混合式液压缸缓冲过程的研究

为了进一步减小弹射系统的体积和重量,提出一种新型的气液缸混合动力弹射系统.系统采用气液混合式液压缸和蓄能器互联的紧凑结构,在满足系统要求的前提下,可以减小液压缸的外形尺寸,并且可以缩短蓄能器的行程,从而降低了系统的重量.系统的难点是活塞杆的高速缓冲,采用了单腔单级锥形缝隙的缓冲装置.通过建立数学模型,利用Matlab软件对气液缸的缓冲装置进行了数字仿真.仿真结果表明:锥形缝隙的缓冲结构具有易加工,压力波动小,缓冲效果明显的优点.     

基于液压挖掘机分段功率控制的节能技术

讨论了目前国外液压挖掘机所采用的分段功率控制节能技术，分析了分段功率控制技术的原理和实现的方案。针对不同的工况要求，通过对发动机和泵进行调节，达到发动机－液压泵之间功率合理匹配的目的，减小系统的能量损失。并从液压泵和发动机两个方面对其具体控制原理进行了分析和描述。     

节流阀出口节流调速系统动态特性研究

在节流阀出口节流调速系统中,负载的变化特别是阶跃变化,液压缸两腔压力会发生动态变化,使活塞（杆）的速度产生波动,甚至引起系统中液压元件损坏,影响液压系统的正常工作。以负载作为输入,液压缸有杆腔和无杆腔压力作为输出分别建立系统的数学模型,得到了液压缸两腔压力超调量的变化规律,并利用压力传感器测量了压力超调量的变化,通过试验对理论分析进行了验证,试验数据与理论分析相吻合,利用系统液压缸两腔压力动态变化规律,修正了液压元件主参数（额定压力）选择的计算公式,为系统设计以及元件参数选择提供依据。     

液压蓄能式波浪能发电装置关键参数分析

针对波浪能发电效率低的问题, 建立由波浪输入至马达输出的系统数学模型, 采用理论建模和仿真分析相结合的方式确定影响系统发电功率的关键参数, 为提高装置发电效率的液压能量转换系统恒转速控制策略的研究提供理论指导。波浪能发电的液压蓄能式波浪能发电系统主要由3部分组成, 建立系统各元件的运动方程及能量方程, 寻找元件间的连接参数建立系统数学模型, 通过理论分析系统功率方程定性地确定系统工作特性及关键参数。为验证理论分析结果的准确性, 借助AMEsim仿真平台完成系统设计及仿真验证。结果表明, 马达输出功率主要受波浪波高、周期、比例流量阀流通面积及马达排量的影响, 最高影响阶次分别为1次方、4次方、4次方和2次方。仿真验证还证明蓄能器预充气压力几乎不会对马达输出功率产生影响。     

全功率变量泵驱动的液压挖掘机回转机构运动参数计算

双泵全功率变量泵驱动的液压挖掘机在挖掘作业中,回转机构运动分析的困难在于:当全功率变量泵进入变量特性阶段,液压系统中的流量如何根据回转马达和工作液压缸中的瞬时压力之和来确定;回转机构的驱动力矩如何根据回转马达中的瞬时压力来计算。目前所采用的无论是按定量泵驱动方式或者是按分功率变量泵的驱动方式所进行的回转机构运动分析都没有解决这一问题。本文从双泵全功率变量泵的变量特性出发,详尽地分析了该驱动方式下回转机构的一般运动规律,建立了运动分析的数学模型和数值计算方法,为评价回转机构设计合理性奠定了基础。