负载压力适应型自动怠速系统分段控制策略研究

为改善工程机械自动怠速系统性能,针对纯电驱动工程机械提出一种基于液压蓄能器的负载压力适应型自动怠速系统,分析了新型自动怠速系统结构和工作原理。考虑到系统的节能效率和操控性能,提出了具有负载压力适应功能的自动怠速分段控制策略,并建立AMESim-MATLAB/Simulink的联合仿真模型进行研究,最后基于所搭建的试验平台展开试验研究。结果表明:所提出的新型自动怠速分段控制策略可行,且分段控制效果明显。     

轴向柱塞式电液泵能量转化效率研究

电液泵是一种将电动机与液压泵共转子、共壳体进行高度融合的新型液压动力单元,与传统通过联轴器联结的电动机-泵组相比,具有结构紧凑、功率重量比大等优点。作为新型高集成液压源,电液泵的能量转化效率是业内关注的一个重要指标。介绍轴向柱塞式电液泵的结构与工作过程,分析轴向柱塞式电液泵的电磁、机械、容积各部分损耗,建立相应各部分效率与总效率的计算模型,在此基础上给出轴向柱塞式电液泵定子与转子间油隙损耗、各部分效率以及总效率随转速、压力、温度变化的曲线,分析电液泵的油隙损耗对电液泵效率的影响以及电液泵能量转化效率的特点。理论计算与试验结果的对比验证表明,计算模型是准确的。计算结果表明,研究的这种轴向柱塞式电液泵在油温50℃、转速4 500 r/min、压力28MPa时的油隙损耗为1.85%,低于电动机-泵组中电动机的风扇与机械损耗;其总效率为81.2%,高于电动机-泵组的总效率。     

容积伺服一体化系统泵控单元传递效率特性

电液伺服泵控单元是容积伺服一体化电液系统的重要组成部分,由伺服电机与双向闭式泵集成于一体。电液伺服泵控单元作为整个系统的动力输入与控制单元,其自身的传递效率直接影响了系统的输出效率,所以电液伺服泵控单元的能量传递效率已经成为了衡量该系统性能的一个重要指标。通过建立容积伺服一体化电液系统数学模型,重点分析影响伺服电机与双向闭式泵传递效率的各种能量损耗,得到电液伺服泵控单元效率模型,并对电液伺服泵控单元在不同负载工况下进行了效率特性测试,将为容积伺服一体化电液系统的工程推广应用奠定基础。     

液压混合动力在挖掘机上应用研究

挖掘机在工作过程中制动频繁,能量损耗大,为了回收制动回转过程中的的能量,设计了液压混合动力挖掘机的回转系统,利用蓄能器回收制动能量。阐述了液压混合动力的工作原理,并进行了试验研究和分析。结果表明:液压混合动力降低了液压泵的功率损耗和液压马达的压力波动;在节能方面,蓄能器的能量回收效率达到74.75%,达到了节能的目的。     

液压混合动力工程车辆能量控制策略

为解决液压混合动力工程车辆制动系统的能量控制问题,引进了制动系统转矩分配系数,基于模糊控制原理,以制动强度、再生蓄能器初始SOC、车速作为输入信息,以再生制动力与电液制动力的分配比例为输出信息,设计了液压混合动力车辆制动能量模糊控制策略。运用MATLAB/Simulink进行仿真,分析了该控制策略在制动模式下的再生制动转矩和电液制动转矩分配的实时变化情况,并与同条件下不用该控制策略进行了对比分析,证明了该控制策略在确保制动安全性的前提下可以高效的提高能量回收效率。     

基于功率协调控制的液压挖掘机节能系统研究

在分析发动机工作特性的基础上,根据负载变化的多样性与复杂性,提出了恒功率与变功率相结合的控制策略,通过节能控制器对发动机和泵进行控制,使发动机-泵-负载达到良好匹配。并在液压挖掘机试验样机上进行试验。试验结果表明,采用该控制策略后,缩小了发动机随负载的变化范围,提高了燃油利用率和整机效率,提高了系统的响应速度,达到较好节能效果。     

基于变频调节的快锻液压系统节能与控制研究

针对快锻时不足5%的传动效率造成的液压传动系统高能耗问题,提出由变频直驱泵与蓄能器结合起来而构成的新型泵-蓄能器复合动力源系统,并以泵口压力为控制目标,通过模糊自整定压力闭环控制策略,实现低装机功率下动力源的无溢流稳压输出,也为锻造液压机电液比例控制系统提供了稳定的动力输入。为减少节流损失,压下时利用差动回路。建立了泵头单元的数学模型,给出了确定蓄能器工作参数的基本原则。实验研究表明,基于变频调节的快锻液压系统位置误差可达0.2mm,较电液比例阀控系统总能耗降低65.3%,传动效率提高13.4%。     

混合动力汽车扭矩分配策略研究

混合动力汽车的燃油经济性是其优越于传统汽车的最重要特征,因而如何进一步降低油耗是混合动力汽车需要重点解决的问题。基于H平台插电式混合动力汽车的P2构型,分析扭矩分配中的关键影响因素即发动机比油耗及电机效率,引入等效比油耗和等效发电系数,提出一种基于系统效率最优的扭矩分配策略。该控制策略能够合理地将需求扭矩分配至发动机和电机,让发动机和电机的系统效率最优、等效油耗最低,从而降低混合动力汽车的油耗,提高燃油经济性。     

新型并联式液压混合动力系统及其能量管理策略

液力机械式装载机具有良好的自适应性,但其工况复杂,功率需求变化大,频繁的制动和装卸物料,造成发动机工作点和经济性变差,以及制动能量和势能浪费。为此,文中提出了一种适合于液力机械式装载机的新型并联式液压混合动力系统,该系统将泵马达、工作泵与机械系统并联,在能量控制阀组的控制下与高压蓄能器进行能量转换。提出了以发动机工作点、蓄能器压力状态、液压泵效率、液压马达效率为控制参数的多模式能量回收与再利用管理策略。基于MATLAB/Simulink搭建整车模型及控制策略模型,开展蓄能器压力和联合驱动控制参数对装载机油耗和能量平衡的影响分析。仿真结果表明：相比于原方案,新型并联式液压混合动力系统的发动机工作点得到优化,在泵马达、工作泵高效工作和蓄能器能量稳定的前提下,燃油经济性提高了18.44%。     

电液伺服泵控系统柔性传动比理论研究

电液伺服泵控系统具有高效节能、高功重比和环境友好等技术优点,但受诸多非线性因素的影响,系统传动特性表现出极强的非线性。通过深入研究电液伺服泵控系统的传动特性,提出柔性传动比理论,建立电液伺服泵控系统的数学模型,得到伺服电机-定量泵-液压缸之间的柔性传动比规律。对柔性传动比应用进行研究,提出基于广义排量的压力控制策略。搭建系统柔性传动比仿真与试验平台,对柔性传动比理论应用进行仿真和试验研究。研究结果表明,柔性传动比理论的应用对压力控制具有良好的控制效果,将为电液伺服泵控系统的工程推广与应用奠定良好的基础。     

基于模糊控制的节能型复合液压缸式抽油机设计

抽油机是把石油从地层提升到地面的重要的机械设备。基于目前液压抽油机在使用过程中存在的高耗能、低效率、换向不平稳等问题,采用恒功率可调变量泵的控制策略,设计一种采用蓄能器回收能量的复合液压缸式抽油机。在AMESim中搭建系统模型,并通过模糊控制优化抽油杆速度特性曲线。仿真结果验证抽油杆换向速度波动超调量由原来的20.6%降到3.82%,蓄能器能够节能48%。     

高低压蓄能器在回转泵控液压系统中应用及仿真

为了提高挖掘机回转系统的运行稳定性,通过引入高低压蓄能器的方式提出了一种回转泵控液压系统,通过相互协同的方式来实现泵控过程,并在Simulink 平台开展了仿真分析。结果表明:单蓄能器和双蓄能器在各运动阶段和泵输出功率基本一致,形成了相同的能量释放与保持特性。相对于单蓄能器,双蓄能器回转系统缩短了约0.5 s的制动时间。高压蓄能器形成较小的油液充放范围,但能够达到较高压力,同时低压蓄能器起到弥补高压蓄能器体积偏小问题。减速制动时,高压蓄能器升高到最大压力后高低压蓄能器开始回收能量,可以更加高效回收能量,显著缩短制动时间。该系统的液压系统设计具有能量回收以及系统自动补油的功能,表现出很好的节能高效性能,对提高挖掘机液压系统运行效率具有一定的理论意义。     

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。     

混凝土输送泵车液压系统设计

在介绍混凝土泵送工作原理的基础上,设计了混凝土输送泵车的液压原理图,并详细分析了主泵送系统、换向系统、搅拌系统、水洗系统各部分的工作原理,其中液压元件选用德国力士乐公司油泵和阀组,使液压系统具有：主泵的恒功率特性在泵送阻力变化大时具有高效率的特点,其压力切断和液压行程限制功能使系统更加安全可靠;恒压泵与蓄能器配合的换向系统使换向迅速且液压冲击小;搅拌系统具有卡料自动反转功能以及手动反转功能;同时具有正泵时发生堵管自动反泵、高低压两种泵送方式等特点。     

旋挖钻机卷扬装置电液混合驱动系统特性

现有旋挖钻机卷扬系统是由阀控液压马达驱动。作业过程中,该系统存在非常大的节流损失;而且工作装置下放过程中,大量重力势能经控制阀节流作用转化为热能耗散掉,造成整机能效较低。为此,提出一种卷扬装置电液混合驱动系统,电动机作为主驱动,控制工作装置运动,降低节流损失;液压泵/马达与蓄能器等组合,构成能量回收单元,回收利用重力势能,辅助电动机驱动卷扬装置。分析了液压卷扬、电动卷扬与电液混合驱动卷扬系统的工作原理和运行特性,建立了旋挖钻机机电液多学科联合仿真模型,对不同驱动系统的运行和能量特性进行研究。结果表明,电液混合驱动系统具有良好的运行特性,相较于液压、电动驱动的卷扬系统,可节能27%~66%。     

液压再生制动系统的能量回收效率研究

针对纯电动汽车续驶里程低、电池充电难等问题,对纯电动汽车的再生制动系统进行了研究,通过比较多种液压制动能量回收方案与储能方式,提出了定压源飞轮液压再生制动系统。为提高所提出的再生制动系统的能量回收效率,以泵/马达和蓄能器工作参数作为变量进行了试验研究和基于AMESim软件的仿真研究,通过仿真分析和试验研究对比,找出了最佳的参数匹配。研究结果表明,该再生制动系统的能量回收效率随着蓄能器容积的大小不同和液压泵/马达的排量不同而改变,泵/马达排量越大回收的能量越多,但是随着排量的增加泵/马达上的阻力也增加了,高于一定值后能量回收效率会下降;蓄能器容积越大,可回收的能量越多。对该系统的研究值得借鉴,可为合理匹配电动汽车液压再生制动系统参数提供依据。     

基于模糊控制原理的液压混合动力工程车辆能量管理策略研究

针对液压混合动力工程车辆工作过程中存在的燃油经济性较差和能量回收率低的问题,以装载机为原型,提出了一种基于模糊控制理论的车辆驱动与联合制动能量管理策略。根据车速、蓄能器SOC、泵/马达扭矩、制动扭矩等相关参数建立相应的模糊规则,制定车辆驱动控制策略和再生制动控制策略。搭建整车前向仿真模型对制定的控制策略进行仿真,然后进行硬件在环实验对仿真结果进行验证。结果表明,提出的控制策略合理有效,车辆的燃油消耗率有所下降。