油液混合动力液压挖掘机动臂势能回收系统

针对油电混合动力系统价格昂贵、功率密度小的缺点,在对普通液压挖掘机典型工况特性进行分析的基础上,提出了一种以蓄能器为储能元件,由液压缸、换向阀、单向阀和蓄能器组成的油液混合动力液压挖掘机动臂势能回收系统,建立了相关数学模型。以实测液压挖掘机动臂下降参数为依据,对该能量回收系统节能效率进行了仿真分析,论证了数学模型和方案的正确性。通过与普通挖掘机动臂下降过程能耗比较,该能量回收系统回收效率较高,在满足实际工作要求下节能比率达14.8%。     

液压挖掘机回转启动过程节能技术

为了减小液压挖掘机回转启动过程中因泵输出流量与回转马达需求流量不匹配而产生的能量损失,提出了一种流量控制节能回转系统。使用流量控制阀将过载缓冲阀溢流流量信号转换为压力信号,根据该压力信号调节泵排量。仿真和试验结果表明:流量控制节能回转系统能够有效减小回转启动过程中的能量损失,相比传统回转系统,可节能20%以上。同时由于溢流一直存在,保证了回转启动过程中的扭矩需求,与传统回转系统相比,回转启动时间基本不变。     

一种闭环液压能量再生系统研究

针对目前旋转负荷能量再生系统效率低、成本高等缺点,提出一种新型的液压能量再生系统.该再生系统以闭环静压传动系统为基础,主要由泵、泵/马达、蓄能器、方向控制阀等液压元件组成.系统启动时利用液压泵与蓄能器驱动泵/马达带动负载旋转,制动时负载动能转变为液压能并储存在蓄能器中,在不引起流体流动逆转的情况下实现能量回收.首先,对该系统进行了建模;其次,设计一种由上位控制器和主控制器组成的分层控制系统,针对系统模型的不稳定性与不精确性,把主控制器内的二级控制器设计成为一种自适应模糊滑模控制器;最后,对系统的能量利用率和系统能量回收潜力的影响进行分析.结果表明:本文方案在制动过程中对系统能量回收率可达66.4％,在启动时比其他方案节省能量最高可达35.5％,证明了所设计方案的有效性和控制系统的科学性.     

油液混合动力挖掘机势能回收及能量管理策略

针对油液混合动力挖掘机能量损失较大、能量回收效率偏低等问题,提出基于复合液压缸和蓄能器的混合动力挖掘机机械臂势能回收系统.复合液压缸由有杆腔、无杆腔和配重腔3个容腔组成.配重腔与蓄能器相连,提供机械臂负载平均值;有杆腔和无杆腔分别与泵/马达的2个进出油口相连构成闭式系统,通过泵/马达向有杆腔或无杆腔提供高压油液从而驱动机械臂动作.通过仿真分析验证系统的节能效果;建立系统数学模型,分析系统控制性能和液压元件之间的动、静态关系及能量损耗;提出基于瞬时优化控制的能量管理策略.通过仿真及数学模型的分析结果表明,势能回收系统可以提高机械臂能量回收效率,减小能量损耗,发动机最大输出功率可以减小27%,通过能量管理策略可进一步将发动机最大输出功率减小44%.     

液驱混合动力车辆制动能回收效果

提出一种应用液压变压器搭建液驱混合动力车辆的设计概念.在其工作原理的基础上建立相关数学模型,分析蓄能器的特性参数(有效容积、比能量和充放效率等)与液压变压器配流盘控制角之间的关系.在不同恒转矩制动工况下对直接能量回收和应用液压变压器间接蓄能器的能量回收进行仿真分析,得出不同变压比下的节能参数.     

液压储能式车辆制动能量回收系统参数设计研究

通过蓄能器存储能量的计算公式,分析了蓄能器的容积、充气压力和最高工作压力对能量存储能力的影响,提出了充分发挥蓄能器能量存储能力的充气压力的确定方法和蓄能器容积的确定方法.根据能量守恒原理,得到了车轮制动力矩的计算公式,分析了液压系统的压力、液压泵/马达的排量和传动系的传动比对车轮制动力矩的影响,提出了液压泵/马达的排量和减速箱传动比的确定方法.     

液压混合动力挖掘机能量再生控制研究

针对挖掘机耗油高、排放差等问题,通过分析挖掘机工况特征及发动机输出扭矩的波动情况,结合能量再生系统功率密度大的特点,提出将液压混合动力以并联方式配置在挖掘机上代替传统单一动力源的新型节能方法.该方法通过吸收发动机多余功率、回转装置的惯性能和动臂处的重物势能达到节能目地,对不同的能量回收装置控制方式进行了分析,设计了基于智能PID的转矩和转速控制算法,并通过仿真和模拟实验平台验证了算法对提高系统控制性能的有效性和适用性.研究结果表明,采用该方法可平均发动机的功率,高效回收系统能量.     

基于电液能量回收的挖掘机节能系统仿真评价与试验

以液压挖掘机节能为目的,结合挖掘机的工况特点,设计了一种挖掘机电液能量回收系统方案。为了从理论上分析能量回收系统性能,并找出改善系统燃油经济性的有效途径,建立了液压挖掘机电液能量回收系统的仿真模型并进行仿真分析。以某型20吨级液压挖掘机为试验平台,对电液能量回收系统进行了试验研究。仿真与试验结果表明:在单动作条件下,电液能量回收系统的最高能量回收效率为40%,搭载该系统的挖掘机在标准工况下,能实现17.6%的节能效果,并不降低原系统其他性能。     

基于液压变压器的自适应换向驱动系统

为了充分发挥液压恒压网络系统的节能特性,实现驱动系统的四象限工作特性,提出了一种基于液压变压器的自适应换向驱动系统。通过压力交叉反馈控制驱动系统中的液控单向阀,使得仅通过改变液压变压器控制角,就能够实现系统的自适应换向。通过建立系统模型,分析了系统的工作特性。研究结果表明:当系统从驱动工况切换到制动工况时,系统响应迅速,液压变压器转速徒然下降;在制动压力建立起来之后,液压变压器进入稳定工况,转速逐渐下降;在制动工况下,系统能够实现再生制动,回收部分制动动能,并通过液压变压器将能量存储于液压蓄能器中。     

液压挖掘机动臂闭式油路节能系统

通过对液压挖掘机典型工况特性分析,提出了一种液压挖掘机动臂闭式油路节能系统,阐述了配置蓄能器动臂闭式油路系统的节能原理。在其工作原理基础上建立了液压元件及电气元件的数学模型。在典型挖掘循环中,分析了系统中蓄能器、电动机和负载3个主要功率部件的运行状况。理论分析和仿真结果表明:液压挖掘机动臂闭式油路节能系统运行状况良好,与普通阀控液压挖掘机动臂驱动方式相比,该系统节能率约为33.1%,为液压挖掘机整机节能提供了参考。     

液压挖掘机功率匹配节能控制系统

将发动机、变量泵、控制阀、负载作为一个系统,分析了该系统各环节匹配的原理和方法。以泵出油口压力为依据,实现了动力系统 工况的自适应控制;以转速传感控制方式实现了发动机 泵的功率匹配;以变量泵出口流量为依据,由微机控制调节多路阀阀口开度,实现了负载 泵的功率匹配。克服了以往单纯采用压力或转速控制方式的不足,并采用模糊算法在线实时调整PID控制参数,实现了自适应节能控制。     

轮边驱动液压混合动力车辆再生制动控制策略

针对如何有效利用再生制动节约能量,合理分配各轮再生制动力,以及协调再生与摩擦制动的关系等影响混合动力车辆节能效果及制动安全的关键问题,以轮边驱动液压混合动力车辆为原型,根据垂直载荷变化、制动安全性、能量再生效率和储能元件充能状态等因素,提出了基于后向建模方法的轮边驱动液压混合动力车辆制动控制策略。通过在Matlab/Simulink环境下建立模型仿真进行验证,得到了典型工况下车速与液压蓄能器压力变化、再生制动能量回收的关系。结果表明,该控制策略能够在保证制动安全的前提下有效提高能量再生效率。     

并联式混合动力液压挖掘机动力源特性研究

针对液压挖掘机在15s的一个典型工作周期下的工况,分析液压挖掘机的工况特点,建立并联式混合动力液压挖掘机动力源部分的数学模型,提出一种并联式混合动力液压挖掘机动力参数的优化组合配置,研究空间矢量脉宽调制(SVPWM)控制的永磁同步电机（PMSM）以及NiMH电池组在典型工作周期下的发电/电动、充电/发电能量转化效率、电机转速、转矩等动态响应特性以及SOC变化特性.仿真结果表明,该优化组合的动力总成能满足液压挖掘机动力需求和能量转化效率要求,能提升整机系统的油耗特性,并且电池系统只充当能量交互的媒介,实现液压挖掘机的高效节能的控制.     

液压混合动力车辆中蓄能器储能状态对工况影响的仿真分析

为研究蓄能器储能状态对车辆工况的影响, 搭建整车AMESim模型, 以蓄能器储能状态为基础, 定义压力能量状态, 制定了能量分配规则, 并按照蓄能器的数学模型建立其控制模型, 利用AMESim与Simulink的联合仿真, 分析蓄能器储能状态对发动机工况及再生制动的影响。仿真结果表明:蓄能器的储能压力值设定对发动机的启停影响较大, 压力能量状态下限设为0.2较为合理; 在发动机反复起停与轻度制动的工况下, 蓄能器压力能量状态的上下限范围大, 能更有效地利用回收能量。       

并联式液压混合动力车辆再生制动的影响因素

分析了并联式液压混合动力车辆制动过程的能量损耗,确定了液压混合动力系统节能研究的重要方向。通过对比计算和仿真研究,分析了驱动方式、运行工况、扭矩耦合器传动比等因素对并联式液压混合动力车辆制动性能的影响。结果表明,采用前轴驱动方式,适当增大扭矩耦合器传动比,合理地选择液压蓄能器容积和工作压力有利于提高车辆在城市运行工况下的再生制动性能。     

Dynamic characteristics of hydraulic power steering system with accumulator in load-haul-dump vehicle

Using hydraulic power steering system of model EIMCO 922 load-haul-dump vehicle as a simulation example, the dynamic characteristics of hydraulic power steering system in load-haul-dump vehicle were simulated and discussed with SIMULINK software and hydraulic control theory. The results show that the dynamic characteristics of hydraulic power steering system are improved obviously by using bladder accumulator, the hydraulic power steering system of model EIMCO 922 load-haul-dump vehicle generates vibration at the initial stage under the normal steering condition of pulse input, and its static response time is 0.25 s shorter than that without bladder accumulator. Under the normal steering working condition, the capacity of steering accumulator for absorbing pulse is directly proportional to the cross section area of connecting pipeline, and inversely proportional to the length of connecting pipeline. At the same time, the precharge pressure of nitrogen in steering accumulator should he 60%-80% of the rated minimum working pressure of hydraulic power steering system. Under the abnormal steering working condition, the steering cylinder piston may obtain higher motion velocity, and the dynamic response velocity of hydraulic power steering system can he increased by reducing the pressure drop of hydraulic pipelines between the accumulator and steering cylinder and by increasing the rated pressure of hydraulic power steering system, hut the dynamic characteristics of hydraulic power steering system in load-haul-dump vehicle have nothing to do with the precharge pressure of nitrogen in steering accumulator.     

Development of hydraulic power unit and accumulator charging circuit for electricity generation, storage and distribution

It is the purpose of the present paper to convert hydraulic energy to electric energy and saves both the pressure and electrical energy for re - use during the next system upstroke using two secondary units coupled to induction motor to drive cylinder loads. During upstroke operation, the variable pump/motor （P/M） driven by both electric motor and the second （P/M） works as hydraulic pump and output flow to the cylinders which drive the load. During load deceleration, the cylinders work as pump while the operation of the two secondary units are reversed, the variable （P/M） works as a motor generating a torque with the electric motor to drive the other （P/M） which transforms mechanical energy to hydraulic energy that is saved in the accumulator. When the energy storage capacity of the accumulator is attained as the operation continues, energy storage to the accumulator is thermostatically stopped while the induction motor begins to work as a generator and generates electricity that is stored in the power distribution unit. Simulations were performed using a limited PT2 Block, i.e. 2nd-order transfer function with limitation of slope and signal output to determine suitable velocity of the cylinder which will match high performance and system stability. A mathematical model suited to the simulation of the hydraulic accumulator both in an open-or close-loop system is presented. The quest for improvement of lower energy capacity storage, saving and re-utilization of the conventional accumulator resulting in the short cycle time usage of hydraulic accumulators both in domestic and industrial purposes necessitates this research. The outcome of the research appears to be very efficient for generating fluctuation free electricity, power quality and reliability, energy saving/reutilization and system noise reduction.