泵阀复合进出口独立控制液压挖掘机特性研究

传统四边联动阀控制液压执行器可控性差、在超越负载工况能耗大。为改进这些不足,提出动臂、斗杆液压缸和回转液压马达采用泵阀复合、流量压力匹配进出口独立控制、铲斗液压缸与行走液压马达采用原有四边联动阀的液压挖掘机整机方案。建立液压挖掘机机械结构多刚体动力学与电液系统联合的数字样机,利用该样机分别对采用负载敏感系统和新回路系统控制的动臂、斗杆和回转马达三个执行机构动静态性能和能耗特性进行研究。进一步构建基于上述原理的试验测试样机,试验结果表明所建立数字样机具有较高的准确性;采用流量匹配进出口独立控制方法可以显著降低阀口工作压差,提高能量利用效率,减小执行机构压力冲击,提高整机运行平稳性。     

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%。     

液压挖掘机主被动复合驱动回转系统特性及能效

液压挖掘机上车回转系统起动时,由于大惯性、高起动压力而造成大量的溢流损失;制动时回转动能转化为热能,能量损耗大。为此提出主被动复合驱动回转系统,在主驱动回转系统的基础上增设被动回路,被动液压马达用于降低主驱动液压马达的驱动功率及回收制动能量;为降低起动过程中的溢流损失,对主动回路采用进出口独立控制。针对主动马达和被动马达不同排量比对蓄能器压力的影响,提出了改变被动马达排量的优化方案。首先,进行元件匹配计算;然后,建立挖掘机主被动复合驱动回转系统联合仿真模型,与原机回转系统进行能耗对比。结果表明:主被动复合驱动系统在1个工作循环内能耗降低了35.9%~53.1%,实现了节能,提高了工作效率。     

大型正铲液压挖掘机斗杆升降回路及特性

在设计目前国内斗容和机重最大的矿用液压挖掘机液压控制系统中,为减小使用成本,采用交流电动机驱动变量液压泵组作为动力源。为满足工作效率要求,斗杆举升过程采用四台液压泵供油,通过四组比例多路阀(主控阀)阀外合流来满足斗杆的速度要求,为降低能耗,提出在斗杆下降过程依靠自重和专用的比例节流阀进行流量再生的控制方法,加快斗杆下降速度,提高系统工作效率。分析斗杆采用流量再生方法下降的前提条件,对斗杆液压缸在一个工作循环内的压力变化进行机电液一体化的联合仿真研究,按照仿真确定的参数设计并制造样机,试验测试表明,挖掘机加载最大试验负载25 kN时,所设计的液压控制系统可以满足斗杆满载举升所需要的压力及速度要求,斗杆下降采用流量再生方法后,下降时间由32 s缩短至18 s,下降速度明显加快,且下降结束阶段无液压冲击。通过试验,验证了挖掘机液压控制方案的正确性,为今后国内设计和制造更大型的液压挖掘机积累了数据和经验。     

起重机泵阀协同系统模式切换压力冲击研究

现有的起重机泵阀协同压力流量复合液压控制系统,降低了快速大流量时的系统能耗,提高了微动时流量的控制精度;但是该系统在快速模式和微动模式之间切换时,液压缸无杆腔内会产生流量和压力的剧烈波动,原因是电液比例泵和电液比例多路阀的控制不协调.为有效解决这一问题,建立一种泵阀协同压力复合液压控制系统的AMESim和Simulin...     

泵阀并联进出口独立系统特性

为结合阀控系统响应快和泵控系统能效高的优点,并减少传统四边联动阀带来的节流损失,提出一种泵阀并联进出口独立控制系统方案,应用于某6 t液压挖掘机动臂及斗杆系统。建立多学科联合仿真模型,设计泵阀协同驱动控制策略,研究了阀控单元与泵控单元输出功率比对系统特性的影响,并应用泵控单元消除了多执行器载荷差异带来的节流损失,对比分析传统进出口独立控制系统与所提系统的运行特性和能耗特性。仿真结果表明,增大阀控单元输出功率占比,可提高系统动态响应;增大泵控单元输出功率占比,可有效减少系统能耗。与传统进出口独立控制系统相比,该系统可减小节流损失90%,降低系统能耗41%,并改善重载执行器响应滞后现象。     

模糊PID进出口独立控制装载机摇臂液压系统

传统装载机常采用四边联动滑阀的多路阀控制液压缸运动,致使进出液压油口节流损失大,尤其对于负载复杂多变工况的摇臂液压缸,能耗损失更为明显。为改进这些不足,提出了一种基于模糊PID泵阀协同进出口独立控制的装载机摇臂液压系统。采用AMESim,LMS Virtual.Lab Motion仿真软件建立了原机的机液联合仿真模型,并通过试验验证了所搭建模型的准确性。在原模型的基础上,构建了基于模糊自适应PID泵阀协同进出口独立控制的装载机摇臂液压系统仿真模型,并进行了动力性、能效特性的研究。结果表明,采用进出口独立模糊PID控制方法可显著降低阀口节流损失,在保持摇臂机构动力性不变的前提下,泵功率峰值在摇臂油缸阻抗和超越工况下分别降低了13.6%和46.8%。     

正流量挖掘机动臂合流回路的泵阀匹配特性研究

以SY215C8M型液压挖掘机为研究对象,对正流量挖掘机液压系统的动臂合流路的泵阀匹配特性进行了研究。提出了改善泵阀匹配控制特性的优化方案,利用粒子群算法对U型节流阀口的节流特性进行优化,得到了具有较优节流特性的节流阀口结构参数。搭建了实验平台,结果表明：该方案可有效的降低多路换向阀阀口的压力波动和压力损失。     

液气储能双缸驱动大型液压挖掘机动臂节能特性研究

液压挖掘机工作过程中存在大量的重力势能浪费,严重影响整机能效并造成大的排放污染。针对双液压缸驱动动臂的大型液压挖掘机,提出采用双液气储能液压缸驱动液压挖掘机动臂、集成驱动与势能回收一体化原理,降低机器作业能耗和排放。将原双腔液压缸改为集成有储能腔的三腔液压缸,储能腔与液压蓄能器直接连通,通过液压蓄能器初始充液压力平衡工作装置自重,直接回收利用工作装置重力势能。根据36 t大型液压挖掘机作业特点和重力势能变化情况,设计出液压缸和液压蓄能器的参数。进一步建立数字化样机,通过对液气储能驱动系统进行仿真研究,对液压泵输出流量和控制阀的阀口参数重新匹配,修改了与回转复合动作的合流控制策略,并初步验证了液气储能驱动系统的节能效果。在此基础上构建了试验样机,90°标准装车作业循环测试表明,与同型号液压挖掘机相比,在满足同样挖掘力的情况下,整机工作效率提升20.7%,燃油消耗降低17.1%,如按每天作业8 h计算,单台车每天可节约燃油达47 L,减少二氧化碳排放123.6 kg。     

挖掘机电液流量匹配控制系统动态性能研究

分析了液压挖掘机基于与负载压力无关流量分配（LUDV）多路阀的电液流量匹配控制（EFMC）系统的控制原理,建立了EFMC系统的液压挖掘机虚拟样机模型,采用实时检测油缸速度信号的反馈闭环控制方法提高流量匹配的精度。分别建立液压挖掘机EFMC系统动力学模型与液压系统模型并根据其实际工况进行联合仿真,研究了挖掘作业过程动态特性及节能特性。与传统的基于LUDV的负载敏感系统实验结果进行对比,结果表明: EFMC系统与传统负载敏感系统相比,改善了系统的动态响应特性和稳定性,泵的压力裕度明显减小,提高了系统的节能性,反馈闭环控制系统动态响应特性也明显得到提高。研究方法可为进一步研究挖掘机的动态性、节能性、稳定性提供理论依据和参考。     

负流量控制模型与试验研究

揭示了液压挖掘机负流量控制的节能机理是控制六通多路阀的旁路回油流量为小的恒定值,在此基础上建立了负流量控制系统的数学模型,并在自行研制的试验样机上用电液比例技术再现了挖掘机上的负流量控制,证明了模型的正确性,进一步阐明了这一模型的应用方向。     

高效节能液控振动挖掘机关键技术的研究开发

针对耗能大户挖掘机在硬地面、矿山碎石地面、山石地震地面等复杂地面施工中的低效率、高耗能问题,研究开发以振动冲击学为理论基础、在核心技术上具有自主知识产权的液压控制伺服阀和液压伺服控制系统以及振动式铲斗等高效节能液控振动挖掘机关键技术,将传统的静态挖掘力变革为动态瞬间大的冲击挖掘力,实现高效节能的振动挖掘方式。该振动挖掘方式与不振动挖掘方式相比,将减少挖掘阻力和提高挖掘工效25%以上、节能20%左右,推动挖掘机产业向高效、节能方面发展。     

基于AMESim的水下节能液压系统仿真分析

为满足水下恶劣工况,水下装备液压驱动以高可靠、控制性能优异的定量泵比例控制为主,但阀控液压系统能耗过大,使水下能量受限问题日益突出,制约了水下装备的发展.通过仿真开展了基于定量泵的水下节能液压系统研究.首先建立AMESim水下比例阀控及变频恒压泵控液压系统仿真模型,并设计了系统控制器;随后对液压系统能耗特性进行仿真分析...     

电驱动挖掘机流量匹配系统动臂特性研究

以6 t液压挖掘机动臂为研究对象,提出伺服电机驱动定量泵的流量匹配控制系统。在SimulationX中搭建伺服电机仿真模型,通过与伺服电机响应特性试验结果对比,验证伺服电机模型的准确性;建立液压挖掘机动臂机械结构多体动力学与电液系统的联合仿真模型,仿真分析了不同控制方式下,动臂的运行特性和能耗特性。结果表明,与负载独立流量分配(LUDV)系统相比,采用伺服电机驱动定量泵流量匹配控制的动臂能耗降低约13.6%。     

挖掘机液压系统建模仿真及能耗分析

为研究挖掘机液压系统能耗分布,寻找节能途径,本论文在深入分析负流量控制挖掘机液压系统的基础上,采用AMEsim仿真软件建立一台通用型液压挖掘机负流量控制液压系统的数学模型;采用Adams仿真软件建立了该型液压挖掘机工作装置动力学模型;利用两者进行联合仿真分析,获得该通用型液压挖掘机空载装车工作循环能量消耗分布曲线图,结果表明节流损失是能量损失的主要方式,文中的研究对于挖掘机节能优化问题具有一定的理论意义和实用价值。     

泵阀双源协同驱动非对称液压缸系统特性

阀控液压系统动态响应快、功率密度大,但存在较大节流损失,无法解决多执行器系统载荷差异带来的节流损失;泵控非对称液压缸系统消除了节流损失,但需进行流量补偿,同时泵控多执行器系统装机功率和成本过高。针对上述问题,提出一种泵阀双源协同驱动非对称液压缸系统,并将其应用于某大型液压挖掘机斗杆系统。首先在SimulationX中构建了机电液联合仿真模型,通过与斗杆空载试验结果对比,验证了模型的准确性,然后设计了系统控制策略,最后通过仿真分析了不同控制系统斗杆运行特性和能耗特性。仿真结果表明,与电液流量匹配控制系统相比,该系统改善了斗杆运行平稳性,同时降低系统能耗达63.3%,并具备能量回收的潜力。     

大型矿用液压挖掘机动臂运行及能效特性

作为大型矿用液压挖掘机的主要工作装置,重型机械臂在作业中主要做往复循环运动,下降过程中所具有的动势能会因控制阀口的节流效应转化为热能损失掉,该部分能量占发动机输出能量的20％以上,造成巨大能量浪费和废气排放.针对以上问题,提出在原双液压缸动臂驱动系统的基础上增设一个与液压蓄能器相连的独立储能液压缸,实现对重载机械臂动势...