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%。     

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。     

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％。     

闭式泵控液压机运行与能效特性

液压机的特点是滑块质量大,工进负载力大,其滑块空程下放造成了重力势能、动能等能量的浪费。为了回收利用这部分能量并且降低电机转矩,基于“伺服电机+定量泵”的闭式泵控方案,提出了带超级电容储能系统的双排量泵/马达闭式驱动液压机方案,并制定能量管理策略对能量进行回收与再利用。搭建了液压机试验台,试验结果表明,储能系统的能量回收效率为79.3%;进一步开展仿真研究,基于SimulationX多学科仿真软件,构建了液压机的多学科仿真模型,仿真结果表明,双排量泵能大幅度降低电机转矩,储能系统能够减少液压机整机6.9%的能耗。     

液电混合装载机行走驱动系统动能回收与再利用

装载机装卸作业过程中,行走系统频繁启制动,带来系统能耗高且驱动电机装机功率大的问题。提出一种液电混合装载机行走节能系统,阐述了其工作原理并设计了液压再生制动策略和能量辅助启动策略以协调电机和液压泵/马达的动力总成部件,在Simulation X中建立了仿真模型。结果表明,此方案有效回收和再利用了装载机行走的制动动能,驱动电机的峰值功率降低约39%,一次完整作业能量消耗减少约29%。     

并联型三配流窗口轴向柱塞泵特性理论分析及试验研究

采用液压泵按闭式回路方法驱动液压缸,是电液控制技术领域的研究热点,这一技术在对称液压缸的控制中已获得很好应用,但对于广泛采用的差动缸,效果一直不尽如人意.为此,依据阀控缸技术中非对称阀控非对称缸的思想,提出采用三配流窗口轴向柱塞泵直接闭式驱动差动缸运动的原理,方案是改造现有轴向柱塞泵的吸油窗口为并联布置的两个窗口,增加一个柱塞,将普遍采用的9柱塞泵改为10个柱塞,并分成两组,使每一组柱塞的吸排油窗口在半径方向错开位置,分别对应配流盘上的二个配流窗口.研究工作中,在SimulationX软件环境下,建立考虑单个柱塞运动特征和配流面积随转角变化的液压泵仿真模型,通过数字仿真确定了泵的关键参数,特别是缸体和配流盘卸荷槽的尺寸,设计并制造了样机,在试验台上对多种转速下泵的压力、流量和噪声等基本特性进行测试,验证了原理的正确性.     

插装式电闭环比例节流阀的特性研究

比例节流阀是电液比例控制技术的核心元件,以结构简单、成本低、稳定性好等优点,广泛应用于工业生产中.设计一种比例节流阀,并介绍其结构和原理,借助SimulationX,对其进行建模与仿真分析,确定了阀的主要结构参数.仿真结果表明,该阀具有好的控制精度和动态特性,应用于负载变化不大的场合比较经济.     

基于真实载荷的挖掘机工作装置瞬态动力学分析

用有限元法对挖掘机工作装置进行瞬态动力学分析,以6 t小型挖掘机工作装置为研究对象,针对斗杆液压缸驱动铲斗撞击地面工况,用压力传感器、位移传感器测试出撞击过程各液压缸工作腔压力和位移变化曲线,以所获各液压缸位移变化曲线和最大理论撞击力为驱动,用动力学仿真软件ADMAs对挖掘机撞击过程进行仿真,得出各铰销点在撞击过程中所承受载荷的变化曲线,采用测试所得各液压缸的驱动力验证仿真结果的准确程度.进一步将各铰销点受力的仿真结果作为工作装置的负载,对工作装置进行瞬态动力学分析,对比仿真计算与应力测试结果表明,对应测点的应力变化趋势基本一致,误差在10%以内,可为结构优化设计提供依据.     

流量反馈型电液比例方向阀动静态特性研究

针对现有电液比例控制技术中内反馈阀结构复杂,制造难度大,控制精度低,而采用电反馈阀成本高,难以满足普通用户需求,且二者在机械结构上不兼容,为设计制造带来不便等问题。突破传统原理,创造性地将位移-流量反馈原理应用到三位四通比例方向阀,构造开环可工作的比例方向阀,在此基础上进一步增设电子闭环通道,用前馈控制器消除内反馈与电闭环之间的耦合。研究中,根据阀的结构及工作原理建立完整数学模型,通过合理假设将其动态模型简化为一阶线性系统并进行理论分析;进一步在SimulationX仿真平台上建立阀的多学科模型,分别对阀处于内反馈和电闭环两种工作模式下的动静态特性进行仿真研究,通过数字仿真确定出阀的主要结构参数,制造出样机,在试验台上对物理样机的基本特性进行测试,验证仿真结果的正确性,表明新原理阀具有较好的动静态性能。     

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。