非对称泵控系统势能回收理论研究

通过对非对称泵控差动缸系统势能回收效率进行研究,在理论分析的基础上建立势能回收过程的数学模型,分析蓄能器压力对能量回收效率的影响规律;建立势能回收系统的物理仿真模型,对势能回收过程进行仿真研究。结果表明：与普通气囊式蓄能器相比,采用恒压蓄能器进行能量回收可以避免在势能回收过程中,非对称泵从马达工况转化为泵工况而无法回收剩余能量;当负载为10 kN时,采用恒压蓄能器最大节能效率可达到29.8%。通过数值分析计算得到负载下降过程中蓄能器最优压力曲线,可为后续势能回收蓄能器的选型提供理论上的指导。     

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。     

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。     

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。     

混合动力挖掘机动臂液压系统节能仿真分析

针对挖掘机动臂下降时较大势能转化为热能的工况,各种能量回收与再利用系统逐渐被提出。基于流量再生与平衡理论提出一种挖掘机动臂的能量回收系统,在该系统中,动臂下降时的部分势能通过流量再生的方式得到直接利用,而另一部分势能通过平衡回路以液压能的形式储存在蓄能器中,当动臂上升时再将该部分能量释放出来,完成能量的回收与再利用。使用AMESim搭建传统挖掘机工作装置模型与该能量回收工作装置系统模型,通过计算分析得到能量回收系统中主要参数的最优值。仿真结果表明：能量回收系统在参数优化后,可实现对挖掘机动臂势能37.25%的回收与利用;同时,在挖掘机动臂的一个典型工作周期中,参数优化后的能量回收系统相较于传统挖掘机动臂系统,可实现55.52%的流量再生以及31.64%的节能效果。     

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。     

基于流量匹配的泵控挖掘机动臂能耗特性分析

为解决泵控非对称缸两腔所需流量不相等的问题,在轴向对称柱塞泵的基础上,提出一种能够平衡非对称缸流量差的变量非对称泵控缸闭式方案。通过控制变量非对称泵的斜盘角度实现对非对称缸的运动方向与两腔流量的控制,并将其应用于负载敏感液压挖掘机动臂回路中。为分析该方案的可行性,利用AMESim软件建立系统仿真模型。通过仿真分析,对比了变量非对称泵控系统与传统负载敏感阀控系统动臂运行特性和能耗特性。结果显示,采用变量非对称泵控系统动臂运行更加平稳,能耗降低36.9%。     

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.     

集成储能泵控液压挖掘机的轨迹控制

为适应工程机械智能化和节能化作业的发展趋势,提出基于集成储能泵控液压挖掘机的轨迹控制,其中液压缸采用增加势能回收腔的集成液压缸。建立挖掘机位姿空间、关节空间与驱动空间彼此间的转换关系,再利用正弦加减速法对挖掘机整平作业进行轨迹规划,并求得相应驱动空间中的位移曲线;搭建伺服电机-定量泵驱动集成液压缸的数学模型,分析其固有特性,并采用液压缸速度前馈、位置/速度反馈双闭环的控制策略提高其控制精度;最后在SimulationX软件中搭建机电液联合仿真模型。结果表明：铲斗齿尖末端最大误差为17 mm,在合理的范围内,所以可利用速度位置复合控制实现对挖掘机的准确控制。     

基于独立负载口控制的码垛机升降气动位置伺服系统研究

码垛机与粉煤灰砖压制成型机配套使用,广泛应用于砖坯压制成型后的码垛作业,码垛过程中出现定位精度低,码垛质量差,存在安全隐患等缺点,为改善这些缺点,采用负载口独立控制技术对码垛机气动位置伺服系统进行改进,对气缸两腔分别采用位移闭环和压力闭环控制,并且对垂直方向负载进行平衡,有效减小了定位误差,提高了码垛机的定位精度和响应速度,同时,使位移控制腔处于低压值。独立负载口控制有效地提高了码垛机的生产效率和能源利用率。     

时滞动态补偿方法在泵车臂架液控系统中的应用研究

针对泵车臂架电液控制系统的非线性时滞问题,提出一种适用于泵车臂架结构的动态时滞补偿方法。该方法以泵车臂架末端振动位移历史数据为基础,通过时间序列法对此后某段时间内的泵车臂架的振动姿态提前预测,对系统中的非线性时滞进行动态补偿,为泵车臂架末端位置控制系统提供可靠的反馈数据,为液压阀控缸的位置和速度控制系统提供实时的参考输入。外场试验验证了该时滞补偿算法在提高泵车臂架操控平顺性和阀控缸响应速度方面的有效性。     

基于PLC的螺杆桩机立柱油缸的同步控制

针对原螺杆桩机立柱油缸开环控制系统性能不稳定、人工操作实时性差及油缸同步误差大等缺陷,设计基于PLC的立柱油缸同步闭环控制系统,并在新型螺杆桩机上得到应用。闭环控制系统的硬件组成有立柱油缸、磁致伸缩位移传感器及SIEMENS公司的S7-200可编程控制器等。现场调试实验表明:设计的立柱油缸闭环控制系统实现了桩机立柱的数字控制,举升与下落过程自动纠偏,同步控制精度达到±2 mm,控制系统性能稳定,安全便捷,具有工程实用价值。     

电动叉车液压举升装置节能系统仿真研究

为了降低电动叉车液压举升装置能量消耗,采用负载敏感平衡阀驱动叉车臂实现升降功能。建立电动叉车提升装置简图,分析叉车自由提升区和第二提升区运动原理。根据能量回收方程式,推导出液压驱动数学模型和节能效率模型。在不同工况下,采用MATLAB对液压泵输出功率进行仿真。结果表明:在空载或轻载工况下,叉车臂在下降过程中,有负载敏感平衡阀比无负载敏感平衡阀的液压泵输出功率小,最大节约了69 kW;在重载工况下,叉车在上升、静止及下降过程中,有、无负载敏感平衡阀的液压泵输出功率几乎相同。合理设置负载大小,采用负载敏感平衡阀,可以实现能量回收,从而节约能量消耗。     

基于变频调速的全液压矫直机双独立闭环研究

为了实现全液压矫直机的多参数调节与控制,提高液压系统的工作效率和控制精度,提出了一种基于变频调速的独立位置闭环和压力闭环的控制方法。用变频电机取代普通三相异步电动机驱动定量泵实现对液压系统流量的在线实时无级改变,用比例溢流阀取代电磁溢流阀实现全液压矫直机的恒压力控制,同时也可以根据不同的板厚实现在线压力的无级改变,用内置磁致伸缩位移传感器来实时反馈液压缸活塞杆的位移实现对液压缸位置的精确控制。建立了全液压矫直机位置闭环和压力闭环双环独立控制模型,并在AMESim软件中通过仿真证明了该控制方法的正确性,最后在现场十一辊全液压矫直机上验证了该控制方法的可行性和实用性。     

悬臂式掘进机截割轨迹控制联合仿真研究

为提高掘进机截割头轨迹跟踪控制精度及实现巷道断面自动截割成形，应用ADAMS和AMESim建立掘进机截割部机液联合仿真模型，进行悬臂水平和垂直摆动的运动学分析及逆运动学求解，提出根据截割头在机身坐标系中的坐标，经运动学逆解生成回转与升降液压缸的目标位移，再经回转与升降两个电液比例闭环控制系统实现对截割头运动轨迹控制的新方法。以矩形断面为例，提出了类S形截割路径规划，进行了截割头运动轨迹的跟踪控制仿真和给定断面参数的自动截割控制仿真。仿真结果表明：截割头轨迹跟踪控制仿真最大误差为3.52 mm,具有较高的控制精度。     

模糊切换在泵阀并联电液伺服系统中的应用北大核心

根据液压重载、长行程单出杆液压缸控制系统高性能和高效能的要求,采用阀控开式回路和泵控闭式回路并联驱动非对称液压缸新回路。该回路结合阀控回路的高性能和泵控回路的高效能特点,可以兼顾性能和效能,但泵阀两种回路的切换会给系统带来冲击。为减小该冲击,设计一种二维模糊切换控制器,以液压缸杆的位移误差和速度作为输入,泵阀回路切换系数作为输出;利用AMESim和MATLAB进行联合仿真。结果表明:与直接切换相比,所提方法明显减小了两个回路切换时系统所受的冲击,同时进一步提高了系统的性能和效能。     

起重机变幅系统动态特性分析及双液压缸同步控制

重型汽车起重机的变幅系统通常采用两个液压缸共同驱动起重臂,针对变幅过程中存在的同步误差问题,对双液压缸驱动系统进行研究,找出影响变幅系统动态特性的因素。提出一种基于模糊神经PID控制方法,将模糊规则用于神经网络加权系数的选取,以实现不同工况条件下对PID控制参数的实时在线调整。最后,在交叉耦合方法的基础上以液压缸活塞位移和平衡阀进油压力作为指标进行仿真和实验。结果表明此方法可以有效减小同步控制偏差,提高控制精度,解决了传统控制方法鲁棒性差的问题,达到控制要求。