混合动力农业装载机能量回收系统分析

针对农业装载机运行过程中动臂液压缸能量浪费问题,设计一种以蓄能器与超级电容为储能元件的混合动力能量回收液压系统,提高能源的利用。使用AMESim搭建农业装载机液压系统仿真模型,研究在不同负载下能量的回收效率。仿真结果表明,在液压缸下降时,随着负载的增加,负载产生的势能越大,需要液压泵提供的能量越小,能量回收效率随负载增大先增加后减少,在负载为5 t时能量回收效率达到最高,可达57.47%,该系统可以有效实现能量回收功能。     

基于AMESim的节能型液压系统仿真分析

针对基于蓄能器-液压变压器-液压缸结构的节能型液压系统,提出了对应的蓄能器压力-负载转矩反馈的控制策略,提高了能量在回收阶段的回收量和能量再利用的效率。对系统节能控制原理进行理论分析,建立AMESim模型,仿真分析了节能型液压系统的运动情况,验证蓄能器压力-负载转矩反馈控制策略的有效性。研究结果表明:提出的控制策略可以有效地提高节能型液压系统的节能效率,理想条件下能量的再利用率达到94%。     

闭式泵控液气储能重载举升机构特性研究

采用变转速泵控缸闭式系统的重载举升机构,在超越负载工况下,若不采用制动电阻或能量回收装置,系统将由于电机不能支撑反向负载而失控。但制动电阻消耗电机的发电能量,降低系统能效,增加系统散热负担。针对上述问题,提出一种基于液气储能的重载举升机构闭式泵控三腔液压缸系统,并将其应用于液压挖掘机动臂。液压泵与三腔液压缸的无杆腔和有杆腔连接,控制动臂运行;配重腔与蓄能器连接平衡挖掘机执行机构的重量,直接回收利用执行机构的势能。研究中,首先确定三腔液压缸和蓄能器的参数,然后设计系统的控制策略,最后构建闭式泵控三腔液压缸的挖掘机动臂试验系统,验证系统的可行性。试验结果表明,合理设置蓄能器的压力,不仅可以实现动臂势能的直接回收利用,而且可以使电机始终处于电动状态,提高系统的可控性和能量效率,与负载敏感控制的三腔液压缸系统相比,液压泵输出能量降低27.2%。     

运用功率键合图的液压系统能量回收研究

介绍了能量回收型液压电梯的工作原理,并以能量回收回路为研究模型,建立回路的功率键合图模型和状态方程,通过仿真证明能量回收回路的可行性。     

基于AMESim的液压缸制动过程中重力势能回收系统仿真分析

为缓解液压缸制动期间形成的冲击作用并降低能量损耗,设计了一种建立在液压蓄能器基础上的储能系统并回收制动能量,利用AMESim平台对系统制动性能与能量回收效率开展了仿真研究。研究结果表明:0～0.5 s期间液压缸保持匀速运动的状态,之后系统到达制动阶段并进行能量回收。在切断阀开始制动的时候回油路已经达到很小的流量,从而不会对缓冲腔形成明显冲击作用。随着负载的增大,所需的制动时间也更长。在不同的负载下,液压缸的制动腔压力与制动距离都会发生变化,表明此系统能够充分适应负载的变化。不同初速度下液压缸制动腔各项参数都出现增大现象,随着初速度的增大,制动时间由1.6 s延长至1.75 s,达到了良好制动效果。     

液压挖掘机动臂能量回收实验系统研究

针对混合动力挖掘机设计研发过程中,进行动臂能量回收实验存在的一些问题,设计了一种模拟负载动臂能量回收实验系统,用来代替进行实际动臂系统中的能量回收实验.并通过建模仿真,对比分析了两种系统中的各项性能参数,验证了采用模拟负载系统进行实验的可行性.     

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%。     

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。     

大型液压缸测试用试验台研制

液压缸是液压系统的执行元件,是将液压能转化为机械能的关键部件,所以液玉缸试验是保证系统性能中具有重要意义的试验.对大型液压缸进行测试试验,加载缸的最大行程可以达到5000mm,额定压力25MPa;被测缸行程2400mm,额定压力25MPa.系统最大流量300L/min.液压缸测试用试验台结构设计巧妙,可以对不同尺寸和吨位的液压缸进行测试,具有良好的互换性.试验台可以进行包括液压缸启动压力测试,负载效率试验,行程试验等.     

基于机械功率回收式液压泵马达试验台的研制

针对传统大功率液压泵马达试验台采用节流阀或溢流阀方式加载,导致能量均以热能的形式浪费的问题,设计了一种可对开式液压泵、闭式液压泵和液压马达进行性能测试的机械补偿功率回收式试验系统.从理论上对系统的匹配要求和回收效率进行了详细分析,同时通过试验发现系统功率回收效率与液压泵和液压马达的总效率成正比,其实际功率回收效率最高可达46％以上.液压系统设计合理,功率回收效果良好,为液压泵马达试验台的设计与研究提供了新的设计理念.     

大型油气悬挂缸静、动态性能试验台设计

针对大型油气悬挂缸的静、动态性能试验,提出了一种由伺服电机驱动的定量液压泵/马达控制加载液压缸的节能型试验台设计方案,试验过程中能量的回收与存储采用超级电容。试验台可对被试悬挂缸施加多种激励,且液压主回路无节流。建立了加载系统的数学模型,并利用AMESim软件仿真了性能试验过程。研究结果表明：试验台的性能可以满足多种大型悬挂缸静、动态性能试验的需要,且能实现能量回收,相对于阀控系统能耗降低了约92%;超级电容储能方案避免了电机瞬时大功率运行对电网的冲击,大幅降低了配电系统的建设、改造成本。     

基于平衡油缸的势能液压式存储和再利用研究

为提高液压挖掘机的能量使用效率, 提出了一种基于平衡油缸的势能液压式存储和再利用系统。分析了平衡系统的工作原理, 通过建立平衡系统的动臂下降速度控制数学模型, 分析了平衡单元的加入对液压固有频率和阻尼比的影响。建立了系统的AMESim仿真模型, 分析了不同的管道容腔体积、蓄能器充气压力和蓄能器体积对动臂下降速度稳定性及动态响应特性的影响, 从而确定平衡单元关键参数的合理取值范围;以某型号1.5 t型的挖掘机为研究对象, 搭建了动臂势能回收试验平台, 验证平衡系统的节能效率。结果表明:该方案在标准工况下的节能效率为21%, 能量回收效率为58.2%。     

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。     

闭式泵控液压回转-机械直线执行器的效率特性

新型液压回转-机械直线执行器采用液压马达代替电动机驱动滚珠丝杠,解决了电动缸功率密度低以及非对称液压缸流量不匹配等问题。为了进一步研究该系统的效率特性,推导其效率模型,后在SimulationX中建立其物理模型,通过理论分析与仿真结合的方法,研究了泵的排量比、泵的输入转速、系统的负载力、减速器传动比等参数对系统效率的影响。结果表明:系统的总效率受液压回路的效率影响最为显著;系统在大排量、中高转速、较大负载力下具有良好的效率特性;正常作业时,系统的总效率通常不会低于60％,最高可达68％。     

液压泵(马达)可靠性试验台设计与仿真

针对可靠性高、寿命长的液压泵(马达)在可靠性试验中功率消耗大的问题,设计了一种基于电功率回收方式的液压泵(马达)可靠性试验台,利用AMESim软件对关键元件及系统进行了建模仿真。通过与样本曲线进行对比,验证了仿真模型的准确性和系统原理的正确性。基于不同工况下试验系统的加载控制方式,研究系统的功率回收特性。仿真结果表明,该试验台功率回收率最大能达到43%,对开发功率回收型液压可靠性试验台具有指导意义。     

百万伏大功率操动机构液压系统优化设计

作为高压断路器核心部件之一,液压操动机构具有响应快、流量大、瞬时爆发大功率、长期等待性等特点,该文以1100kV特高压断路器液压操动机构为对象,研究基工作原理及关键部件(电磁铁,大流量高响应控制阀,高速液压缸内缓冲结构等)。基于AMESim仿真平台,建立包括电磁铁、蓄能器、高压大流量多级控制阀、高速液压缸内缓冲结构和连杆传动机构等在内的大功率操动机构液压系统仿真模型。通过实验测试的液压缸分闸过程行程曲线与仿真曲线对比,证明仿真模型的准确性,指导大功率操动机构液压系统的优化设计。     

电功率回收液压马达试验台功率回收效率研究

针对批量液压马达试验中能量浪费的问题，提出了精确控制马达转速和马达加载的试验方法，设计了一种电功率回收液压马达出厂试验台，并对液压马达试验台电功率回收原理及功率回收效率进行分析。采用AMESim软件对系统功率回收效率仿真，且通过试验台对液压马达相关性能进行测试，对试验与仿真系统功率回收效率进行比较分析，发现在仿真和试验中系统功率回收效率存在最大值且与液压马达总效率正相关。试验台设计合理，可以较好的实现试验过程中多余能量回收，对液压马达试验台电功率回收的设计与研究具有参考价值和实际工程指导意义。     

基于MATLAB-AMESim的液压缸位置伺服系统辨识方法研究

基于传统液压缸伺服系统建模参数的复杂性、不确定性、以及系统的时变性等问题,提出了一种基于MATLAB-AMESim的液压缸位置伺服系统辨识方法。该文以组成足式机器人驱动单元的液压缸为研究对象,简单介绍了液压缸的组成结构及工作原理;其次建立液压缸控制系统模型、传递函数,阐述了液压缸伺服系统辨识方法原理和基本过程;最后,通过MATLAB-AMESim软件搭建单缸位置伺服系统进行系统辨识仿真,将仿真结果与实际液压缸位置伺服系统测试结果进行对比。实验表明基于MATLAB-AMESim的液压缸位置伺服系统辨识仿真具有良好的实用性,验证了系统模型辨识方法的有效性。     

液压提升装置重力势能回收系统的研究

针对液压提升装置下行过程中负载重力势能转化为热能耗散的问题,提出了一种新型的全液压势能回收系统。介绍了新型势能回收系统的结构和工作原理,并对势能回收系统中液压蓄能器、液压泵/马达及其变量机构的参数进行匹配。应用AMESim建立仿真模型,对系统的操控性能和势能回收效果进行仿真研究。结果表明,新型势能回收系统能够实现液压提升装置重力势能的回收,势能的回收效率随着负载的增大而提高,并逐渐趋于稳定。系统操控性能良好,能够控制液压提升装置以不同速度稳定下行,不受负载大小的影响。