液压挖掘机回转能量回收系统研究

为提高液压挖掘机的能量利用率,提出一种以液压蓄能器为储能元件的回转能量回收系统;对回收系统的主要元件进行数学建模,并在此基础上搭建回收系统仿真模型;对回收能量的再利用方案合理性、蓄能器参数对系统能量回收与再利用的影响以及增加能量回收系统后整机的操控性进行仿真评价。仿真结果表明:该能量回收系统在单回转工况下能够实现整机41.99%的能量回收与再利用,且能保证整机的良好操控性能。最后,通过实验验证能量回收与再利用方案的可行性以及仿真模型的正确性。     

基于电机特性的电动汽车制动力分配策略研究

为提高电动汽车制动能量的回收,提出一种根据电机转矩特性分配电动汽车前、后轴制动力的控制策略。在提出的分配策略基础上建立了制动能量系统仿真模型,并分别在MATLAB/Simulink和AVL-Cruise环境下进行了仿真分析。研究结果表明,电机特性制动力分配策略,能够满足制动法规的要求;与传统按I曲线分配前、后轴制动力的控制策略相比,能更充分地利用电机制动力。仿真结果表明,在NEDC法规循环工况下,能量回收提高了55.6%,能量回收率提高5.3%。     

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%。     

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。     

飞轮式液压蓄能器的储能特性研究

针对常规液压蓄能器储能密度低,影响工程机械能量回收效率的问题,研究飞轮式液压蓄能器在工程机械液压系统中的应用,目的是提高系统能量回收效率,改善常规液压蓄能器的低储能密度。提出一种基于飞轮式液压蓄能器和四配流窗口轴向柱塞马达的挖掘机动臂泵控系统,利用AMESim软件建立系统仿真模型,通过仿真参数匹配,与挖掘机动臂阀控系统对比分析能耗特性。结果显示,动臂下降过程中飞轮式液压蓄能器能量回收效率为81.7%,储能密度为4.64 W·h/kg,比普通液压蓄能器的储能密度1.7 W·h/kg提高了约2.73倍。     

基于矩阵回路的锻造操作机能量回收及控制参数的设计方法

针对阀控式锻造操作机液压系统能源利用效率低、能耗大的问题,基于液压矩阵回路,利用泵/马达能量传递单元以及矩阵阀组的灵活组合,设计了能量回收液压系统,结合恒定压差的伺服控制方法,实现了对锻造操作机大车行走、夹钳下降两种动作的能量回收,为验证节能特性,进行了仿真和模拟实验。结果表明：夹钳下降动作中,蓄能器回收了重力势能的39.2%;大车行走过程中,蓄能器回收了惯性势能的37.1%;采用能量回收系统后,泵源输出能量比原系统减少约13%。能量回收液压系统及恒定压差伺服控制方法实现了对锻造操作机两种动作的能量回收,为多执行器系统的节能发展提供了指导。     

基于变排量液压泵/马达的电液混合驱动曳引电梯节能系统研究

在普通曳引电梯运行过程中,当处于轻载上行和重载下行工况,曳引机处于发电状态,再生能量通过制动电阻消耗掉,不仅造成了能量的浪费,而且还增加了机房的散热负担。为解决上述问题,提出并设计了一种采用变排量液压泵/马达的电液混合驱动曳引电梯节能系统。该系统可将曳引机处于发电状态时产生的能量储存在蓄能器中,当电梯处于电动状态时,蓄能器能量释放,辅助曳引机驱动。研究中,在SimualtionX中建立了考虑蓄能器压力脉动及曳引机负载转矩变化的电-液联合仿真模型,并基于曳引机的运行特性,建立了变量泵/马达的流量动态模型。仿真获取了曳引机的能耗及转矩的特性,并与传统电梯及采用定排量泵/马达节能系统电梯的电机能耗进行比对分析。结果表明,采用变排量液压泵/马达来吸收和释放电梯运行时所产生的能量能够最大限度的达到能量的回收利用,与定排量节能曳引电梯相比,节能效果可达到10%～40%。     

飞轮储能系统的直接转矩空间矢量控制研究

传统飞轮储能采用两套系统实现能量转换,储能用途单一。提出一种基于矩阵变换器的飞轮储能系统直接转矩空间矢量控制方案,可实现能量的双向流动。飞轮电机定子磁链及转矩是通过两个PI控制器控制,经过空间矢量调制模式将两相旋转的d-q坐标系上的两个电压分量转换到两相静止的α-β坐标系上;也能够对矩阵变换器输出的电压矢量及输入的电流矢量完全控制。最后通过Matlab/Simulink软件建立基于矩阵变换器的飞轮储能仿真模型,仿真结果表明负载输出相电流具有良好的正弦性及输出线电压具有较好交变性;验证了该方案的正确性和可行性。     

基于AMESim的气压式车用主动辅助制动能量回收系统研究

提出一种气压式能量回收方案,基于多学科领域复杂系统建模仿真平台AMESim软件,建立气压式车用制动能量回收系统的仿真模型。针对车辆下坡和超速情况,通过分析系统工作过程中车速变化及系统储气罐中气压变化来研究系统的可行性及其能量回收效率。仿真结果表明:在车辆下长坡时,系统可以有效降低车速的增长幅度,一方面减小制动的频率,另一方面使得原本因制动损失的运动能量得以回收再利用,符合节能环保要求;车辆在高速公路超速时,系统可以有效降低车速,其主动辅助制动效果可以提高车辆行驶安全性。     

基于β线的四轮毂电机低速智能车制动力分配策略研究

再生制动技术的使用是目前提高车辆能量利用率的一个有效措施,文章以四轮毂电机独立驱动的低速智能车为研究对象,重点对整个再生制动过程中小车制动能量回收效率进行分析,考虑液压制动力和电机制动力的协调控制对再生制动的影响,基于β线分配理念,设计了四轮毂电机以最大程度参与制动的前后轴制动力控制策略。基于MATLAB/Simulink软件建立再生制动系统仿真模型,以定比例控制策略为参照对象,利用MAHATTAN经典道路循环工况进行整车仿真试验。单次运行工况的仿真结果表明：基于β线控制策略的制动能量回收效率为29%,高出定比例控制策略16%,制动过程回收的能量不仅可增加部分续航里程,还可提高智能车的制动能量回收利用率。     

破拆机器人负载敏感系统多臂复合动作能量回收研究

 破拆机器人臂系负载敏感系统具有功率自适应节能降耗、结构紧凑等特点,应用十分广泛。然而负载敏感系统中负载敏感泵流量压力仅与系统最大负载相适应,导致多臂复合动作时小负载回路上压力补偿阀能量损失较大。为进一步降低能耗,利用液压马达回收小负载回路压力补偿阀的能量损失,并带动液压泵将回收能量储存在蓄能器中,蓄能器回收能量通过扭矩耦合的方式回馈至主泵实现能量回收。通过AMESim建模仿真结果表明,增加能量回收系统可使复合动作能量回收利用率提升20%以上,系统阶跃响应与未安装能量回收的系统响应基本一致,且速度振荡减小改善了瞬态响应。     

伺服电机控制高压大流量双泵液压动力系统研究

由伺服电机和液压泵组成的新型泵控系统已经应用于液压机械设备中,为解决大型液压机对液压动力源高压大流量输出的要求,在传统伺服电机泵控系统中引入了高压主泵和低压副泵,并通过双泵切换来实现高压大流量输出。通过控制器与伺服电机控制电机输出转矩和转速,进而实现对输出压力和流量的控制。通过合流阀块实现对双泵合流与分流的控制,进而实现液压系统的大流量或高压力输出。以液压机一个工作循环为基础进行了性能试验,结果表明该液压动力系统满足压力、流量设计要求,响应速度快,控制精度高。     

快锻液压机泵阀复合控制系统节能性研究

为了从快锻液压机的能量源头出发降低系统的溢流损失和压力损失,提出了一种快锻液压机泵阀复合控制系统,通过相关理论对泵阀复合控制系统的节能机理进行了定性分析,通过实验定量研究了泵阀复合控制系统的能耗。实验结果表明：快锻液压机泵阀复合控制系统的能量利用率达到了31.9%,与电液比例阀控系统相比提高了近5倍,同时泵阀复合控制系统的输入功率仅为电液比例控制系统的18.4%。研究结果对提高快锻液压机的能量利用率并降低系统能耗具有重要意义。     

电控双泵液压源在注塑机上的节能研究

针对传统注塑机溢流损失严重、电力消耗大等问题,提出了一种通过控制异步伺服电机转矩和转速,以实现对注塑机输出压力和流量进行控制的方案.在该电机控制的液压动力源中,采用了串联双齿轮泵的方案,以满足大型注塑机瞬时大流量输出的要求.通过压力与流量反馈形成闭环控制,提高了输出压力与流量的控制精度,并大大提升了注塑机液压系统的节能...     

不同液压能耦合模式下蓄电池轨道工程车的加速功率特性

为降低轨道工程车辆加速时的电功率,以电静液压串联混合动力系统为研究对象,提出基于泵进出口压差调节的泵入口流量耦合加速方式。分析了泵入口流量耦合、泵出口流量耦合、并联马达扭矩耦合三种加速方式下系统液压参数和动力学参数对电功率的影响关系,探讨了不同液压能耦合模式下轨道工程车加速时的节能特性。AMESim与MATLAB/Simulink联合仿真和实验结果表明：在并联马达扭矩耦合与泵入口流量耦合模式下加速时降低电功率和节能效果明显,但前者存在较大的系统冲击,对车辆底架空间要求更严苛,成本更高,而泵入口流量耦合模式则兼具较好的节能性、稳定性及经济性,具有更好的综合性能。     

电机-飞轮-油泵液压动力单元实验研究

针对锻造液压机装机功率大、能量损失严重的问题,设计出一种节能型液压动力单元,通过变频器控制异步电机带动飞轮驱动油泵。控制器控制飞轮能量的储存与释放,低负载阶段时,电机带动飞轮储存能量;高负载做功时,电机与飞轮同时释放能量。对动力单元进行了理论与实验研究,得到不同转速下,成形能量、电机功率、电机转速与时间的关系。实验结果表明：较普通液压动力系统,该动力系统装机功率至少降低30%,且对液压机的动作影响不大。     

液电混合驱动轮式挖掘机行走系统特性分析

轮式挖掘机行走时,行驶速度变化频繁,负载的剧烈变化导致发动机效率低下;制动时动能由机械制动器消耗,大量机械能转化为热能,能量损失严重。为此,提出液电混合驱动轮式挖掘机行走系统,采用高能效的伺服电机控制行走速度,液压泵/马达与蓄能器组合,回收制动动能,并在加速等大功率工况辅助电机驱动行走系统。对系统的工作原理进行参数设计,制定驱动与制动控制策略,建立原机行走系统与所提系统的多学科联合仿真模型,进行仿真分析。结果表明：相同工况下,与原机行走系统相比,液电混合驱动行走系统能耗降低了56.5%,高效回收了制动动能。     

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%。     

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。     

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。