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。     

基于飞轮储能原理的挖掘机动臂势能回收系统设计

针对挖掘机工作装置在下放时势能转化为热能造成的能量浪费问题,提出一种以液压泵/马达作为能量转化元件、飞轮为储能元件的动臂势能回收与再利用系统,阐明系统工作原理。以某4 t液压挖掘机为研究对象,对系统的关键参数进行匹配,建立系统模型;对典型工作循环中,对液压泵/马达排量、飞轮转动惯量等关键参数对动臂运动和能量回收和再利用的影响进行仿真分析,得出能量回收和再利用的具体数值,最高可达约65%。结果表明,该系统可以显著提升挖掘机液压系统的能量利用效率。     

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。     

钻挖一体式挖掘机流量再生与能量回收节能研究

采用一机多能型挖掘机进行复杂的管路施工,给管道工程带来了极大的便利。在挖掘和钻孔作业时,动臂下降的重力势能会转化为液压能并在溢流阀处流回油箱形成溢流损失。在动臂的液压油路中设置流量再生回路,提高动作速率。利用阀控系统回收动臂下降的重力液压势能,将回收在蓄能器中的液压能驱动定量马达带动发电机发电,将电能储存在蓄电池中,为挖掘机上其他用电器提供电能。利用AMESim软件进行液压仿真,与现有的挖掘机相比,回收动臂下降液压能极大地提高了系统能量利用率,流量再生提高了挖掘机运动速率。研究结果表明:动臂下降能量回收效率为40%左右。     

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。     

电动挖掘机动臂能量回收系统分析

为解决传统挖掘机能量利用率低、排放量大的问题,设计以超级电容为储能元件的电动挖掘机动臂能量回收系统。将挖掘机动臂下放时的势能最终以电能的形式储存到超级电容中,在挖掘机动臂上升时可以将该部分能量直接利用。建立超级电容数学模型,设置超级电容主要参数。同时充分利用ADAMS、AMESim与MATLAB的优势实现各个软件间的数据交互,使仿真结果更加直观、可靠。仿真结果表明：在满足传统挖掘机工作要求前提下,挖掘机动臂在一个工作周期内,能量消耗降低了20.72%,该系统具有较好的节能减排效果。     

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。     

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。     

挖掘机动臂液压系统节能研究

液压挖掘机广泛应用在建筑、矿山等领域,燃油利用率低是人们不得不面对的问题。通过对挖掘机动臂参数的分析,提出了基于蓄能器和新型液压变压器的动臂重力势能回收再利用系统,并搭建实验模型,为挖掘机的动臂液压系统节能研究提供理论参考,有效提高燃油利用率,节省能量。     

基于电液协调式液压挖掘机复合动作工况下能量回收系统研究

为实现液压挖掘机动臂与转台复合动作时的能量回收,提出一种基于蓄能器-液压马达-发电机的液压挖掘机电液协调式能量回收系统。在标准工况下的单个工作周期内对系统模型进行仿真分析,研究关键参数对系统节能效果的影响。结果表明:在参数合理匹配的情况下,此系统回转制动能量回收率为61.08%,动臂下降能量回收率为27.23%,综合能量回收率达到了44.79%,综合能量再利用率达到了47.37%,节能效果良好;在合理的范围内,选择初始容积小的蓄能器和排量小的回收马达能提高系统的能量回收率。     

破拆机器人臂系液压系统能量回收仿真研究

破拆机器人主要采用单泵多执行器负载敏感液压系统,可实现泵输出压力和输出流量与负载的实时匹配,有效提高系统效率,但在做负载及负载差距较大的复合动作时仍有较大能量损耗。为此,提出一种基于变排量调节技术的新型能量回收利用方案,实现在机械臂下降时重力势能的回收和复合动作时压力补偿阀能耗的回收,并在机械臂上升时将回收的能量作为辅助能源加以利用。应用Virtual.Lab Motion和AMESim建立了破拆机器人机电液系统联合仿真模型。仿真结果表明:在不同工况下,该方案的节能效率可达30%～67.6%,且能有效提高机械臂下降时的稳定性。     

基于电液混合储能的电动挖掘机动臂节能驱动系统特性

针对现有电动挖掘机采用多路阀控系统造成的能效低、电池装机容量大但续航时间短的不足，提出一种变转速双泵直驱液压挖掘机动臂系统。根据动臂液压缸面积比配置2个液压泵/马达的排量，实现液压缸流量匹配。采用液压蓄能器与超级电容进行混合储能，实现动臂重力势能的高效回收利用。分析所提系统的工作原理，建立系统多学科联合仿真模型，分析系统运行特性和能量特性。研究结果表明：双泵直驱挖掘机动臂系统具有良好的控制特性，速度运行平稳。与传统多路阀控系统相比，双泵直驱挖掘机动臂系统节能效果显著，蓄能器压力21 MPa和容积180 L时，重力势能回收效率为79.9%,能耗减少64.6%,进一步通过合理选择蓄能器工作压力和容积，双泵直驱动臂系统的节能效果可达到65%以上。     

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%。     

混合动力挖掘机动臂势能回收系统研究

针对目前普通挖掘机上存在的动臂、斗杆和铲斗下降后,因势能无法回收而造成的能量损失以及由此而引起的液压元器件发热、失效、加速磨损等问题,在设计混合动力挖掘机时,提出了一种由液压缸、节流阀、变量马达和发电机组成的挖掘机势能回收系统,并将回收的能量纳入整机能量分配管理系统中.该回收系统回收效率较高,可控性好,能有效延长元器件寿命,并在一定程度上降低发动机装机容量,达到了节能的目的.     

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。     

液压挖掘机回转系统能量回收研究

提出了一种挖掘机回转节能系统,从理论上阐述了该系统的工作原理。详细计算了该节能系统中能量回收元件的参数,利用AMESim软件对该系统进行建模仿真。结果表明:回转节能系统能够实现挖掘机回转制动能的回收再利用,达到了节能的目的,节能效率达到50.3%。     

基于AMESim的新型蓄能器节能分析

为了解决传统蓄能器在放能过程中出口无法提供稳定的压力油而导致蓄能器的能量再利用效率低下的问题,提出一种可调节出口压力恒定的双皮囊蓄能器,并用于非对称泵控液压挖掘机动臂能量再生系统,在AMESim软件中建立仿真模型进行验证,再与普通蓄能器作用下系统节能效果进行对比。结果表明：在合理匹配参数的情况下,新型蓄能器可以为系统提供稳定压力油,且新型蓄能器相比普通蓄能器可多释放25%能量,电机功率降低9.85%,电机节约6.9%能量。     

基于负载口独立控制的挖掘机动臂系统节能研究

针对传统挖掘机动臂液压系统能耗大、势能利用低等问题,以挖掘机动臂为研究对象,设计基于负载口独立控制的动臂液压系统。在主动型负载工况缩回工况下,对动臂液压系统进行了压力-流量特性分析,获得阀口开度与活塞杆速度的关系;采用机械动力学仿真软件ADAMS和液压系统仿真软件AMESim,分别建立传统动臂液压系统和基于负载口独立控制的动臂液压系统联合仿真模型,并对2种动臂液压系统在主动型负载工况缩回工况进行联合仿真分析。仿真结果表明：2种动臂液压系统都能获得较为线性的活塞杆运动速度,而且与传统动臂液压系统相比,基于负载口独立控制的动臂液压系统的势能利用率明显提高,提高了约44.3%。