挖掘机回转电液能量回收系统仿真与试验

文章以挖掘机节能研究为目的,提出了一种基于电液联合回收的挖掘机回收节能系统;为了从理论上分析和评价节能系统的性能,在分析各主要元件数学模型的基础上建立了电液联合回收系统仿真模型,从能量流与能量损失构成2个方面进行了仿真分析;为了验证系统的性能,在23t级液压挖掘机上搭建了基于电液联合回收的回转节能系统试验与测试平台,并进行了试验分析。仿真与试验结果表明:在一个回转工作周期内,起动溢流是能量损失的主要因素,约占损失能量的42%;回转能量回收率约为34.3%,在回收的能量中约有60%通过液压辅助泵直接输出到原有液压系统进行了再生。     

基于手柄积分的液压挖掘机回转系统速度位置复合控制特性

传统液压挖掘机回转系统是靠驾驶员的观测实现定位,生产效率和回转定位精度较低.为此,本研究基于手柄积分控制,提出一种速度位置复合闭环控制策略,根据设定运行速度和目标位置,设计期望的运行轨迹.为与通用的手柄操作模式相兼容,目标位置通过对手柄给定角速度进行积分获得.此外,同时加入压差反馈和速度反馈,提高系统定位精度和运行平稳性.研究中,以液压挖掘机为研究背景,构建了回转系统机电液联合仿真模型和试验测试系统,对控制策略可行性和有效性进行了验证和分析,结果表明,该方法对于不同期望位置,都可以获得较高的定位精度,定位误差仅有0.5°,且有效减小了位置超调和速度波动,回转位置闭环控制系统动态特性显著提高.      

液压混合动力挖掘机的能量回收效率分析

为提高挖掘机的燃油经济性并降低排放,采用基于压力共轨(CPR)的配置方式构造液压混合动力挖掘机,并针对回转系统耗能大且能量回收潜力大的特点,利用Simula-tion X对回转系统建立仿真模型,分析了影响能量回收效率的主要因素.结果表明,所提出的挖掘机回转系统在制动时不仅可以有效地完成能量的回收,而且能量回收效率随液压蓄能器容积和回转系统制动前速度的增大而增加.文中还通过模拟实验对仿真得出的结论进行了验证,发现实验结果与仿真结果相吻合.     

液压混合动力挖掘机回转装置控制方式的研究

为了降低挖掘机的燃油消耗,提高整机作业效率,提出了一种基于液压混合动力技术的挖掘机动力系统节能方案.该方案采用液压泵/马达独立驱动回转装置,可保证发动机工作于最佳燃油工作区,同时结合挖掘机回转装置的作业工况,通过分析液压混合动力系统的特点,对回转装置的控制方式进行了设计.针对回转系统参数的不确定性,设计了智能比例-积分-微分(PID)的分段变结构控制器,并通过仿真和模拟试验平台验证了控制器的有效性和适用性.研究结果表明,智能PID转矩控制方式更适合于回转装置的作业要求,相对于转速控制方式,系统响应速度快,回转装置运动控制平稳,能量回收率高,达到了理想的控制效果.     

混合动力挖掘机回转制动能量回收系统建模与试验研究

为了回收液压挖掘机回转阶段的制动能量,对挖掘机典型作业工况及能耗进行分析,设计一种以液压马达+电机为回收方式、超级电容为储能元件的回转制动能量回收方案。构建回转制动能量回收系统中发动机、电机、回收马达、超级电容等关键元件数学模型,在对回转运动状态确认与能量回收模式切换、回收电机力矩输出控制和超级电容SOC判断的基础上,建立能量回收系统的仿真模型,以挖掘机实际载荷谱为输入对系统能量回收效果进行仿真分析。搭建挖掘机回转制动能量回收系统试验平台,对该试验系统的能量回收效果和回转驱动性能进行试验研究。研究结果表明:该能量回收方案可行,在不影响挖掘机回转驱动性能的同时,平台回转制动能量回收效率可达到40%以上。     

单斗液压挖掘机发动机微机节能控制系统

为了有效地控制单斗液压挖掘机在工作过程中的能量损失,减少液压系统的发热,改善工作性能,特设计了一种单斗液压挖掘机发动机微机控制系统该控制系统采用负荷传感,由微机判断挖掘机的工作状态,并据此控制发动机而达到节能的目的该系统具有中位自动怠速、降低液压系统的节流损失和溢流损失等功能使用该控制系统并不需要改变挖掘机的液压系统及其它结构本文在简要介绍了该控制系统工作原理的基础上,详细地分析了该系统的节能原理及效果     

单斗液压挖掘机发动机微机节能控制系统

为了有效地控制单半液压挖掘机在工作过程中的能量损失,减少液压系统的发热,改善工作性能,特设计了一种单斗液压挖掘机发动机微机控制系统。该控制系统采用负荷传感,由微机判断挖掘机的工作状态,并据此控制发动机而达到节能的目的,该具有中位自动怠速、降低液压系统的节流损失和溢流损失等功能,使用该控制系统并不需要改变挖掘机的液压系统及其它结构,本文在简要介绍了该控制系统工作原理的基础上,详细地分析了该系统的节能     

浅析液压挖掘机回转故障的处理方法

目前,在挖掘机液压系统中,液压挖掘机回转无力是比较常见的故障。一般情况下是单向的回转无力,如果出现此类故障,就会严重影响整机作业,降低效率,甚至会出现机械无法作业的情况。本文通过对液压挖掘机的基本结构和工作原理进行了分析,总结出了液压挖掘机回转故障的处理措施,希望能给同行一定的帮助。     

液压挖掘机工作机构的动臂势能回收

针对液压挖掘机动臂机构下放时产生大量能量损失问题,提出一种利用蓄能器作为储能元件的新型动臂势能回收液压系统;应用ADAMS和AMEsim软件建立该势能回收系统的联合仿真模型,通过实车试验对仿真结果进行验证,针对柱塞马达转速大及能量转换机构效率低这一问题,对势能回收液压系统进行改进,对柱塞马达进行参数匹配。结果表明:动臂势能回收率为22.6%;仿真与试验结果的误差为8.84%,论证了液压系统的合理性,以及联合仿真模型准确、可信性;柱塞马达最大转速由3 626.5 r/min减小至2 955.1 r/min,能量转换机构的效率由85%增大至91%。     

液压挖掘机混合动力系统节能特性及试验研究

针对目前液压挖掘机能量利用率低、油耗高的问题,分析挖掘机在典型作业工况下的能量损耗,确定混合动力系统进行节能研究的重要方向.根据混合动力挖掘机的特点,提出基于超级电容与电机的并联式油电混合动力系统方案,以山河智能公司20吨级液压挖掘机为平台建立系统仿真模型,对系统动力耦合特性、控制策略及超级电容SOC等因素给混合动力挖掘机节能效果带来的影响进行理论计算和仿真分析,并对系统关键参数进行了优化匹配.搭建液压挖掘机混合动力系统试验平台,对系统的节能效果进行试验验证.研究结果表明,采用油电并联混合动力系统,并选择合适的动力耦合参数、瞬时优化控制策略及超级电容SOC补偿参数有利于提高液压挖掘机的节能指标,节能效率可改善20%以上.     

并联混合动力挖掘机系统建模及控制策略仿真

分析了以超级电容和ISG(integrated starter generator)电机组成辅助动力源、电机驱动回转为特征的并联混合动力挖掘机系统;提出了发动机双模式转矩均衡控制策略,以负载工况与超级电容SOC(state of charge,荷电状态)为决策依据,实现发动机工作点的自适应调节.在特定工作点下,以转矩均衡控制策略替代传统的转速感应控制,系统转速更加稳定.ISG电机可以均衡发动机转矩,使其工作于高效率区.另外,利用回转驱动电机实现回转势能的再生利用.建立并联混合动力挖掘机系统的Simulink仿真模型.结果表明,该控制策略适用于挖掘机并联混合动力系统,具有显著的节能性.     

挖掘机液压系统功率控制方式及性能分析

本文回顾了挖掘机液压系统功率控制方式的沿革,分析了节流调速、负流量控制和正流量控制等主要功率控制系统的结构和性能上的优缺点并作出总结,展望了挖掘机液压系统功率控制方式的发展方向。     

液压传动与自动控制系统动态性能分析

研究汽车液压传动过程中液压缸中的压力变化过程,对液压系统中相关的液压泵、液压缸、管道阀门等主要工作环节进行了建模和受力分析,得到工作过程中各处受力情况,并设计了一个液压控制系统的基本工作原理图,对液压系统中的主要阀门、管壁、液体流量等液压控制中的主要参数进行了建模和抽象,得到了液压缸中液体流量和压缩比的相关关系式。最后对液压传动系统中的动态控制性能进行了分析,得到了其压力、流量、容量等主要参数的性能关系。     

基于单神经元PID的挖掘机铲斗位姿自适应控制

为实现挖掘机作业过程自动控制,需要对铲斗位姿准确定位。建立了挖掘机工作装置运动学模型及电液控制系统模型,针对挖掘机电液控制系统的时变性与外界干扰的不确定性特点,设计了一个单神经元自适应PID控制器,并采用二次型性能指标对控制器参数进行在线优化。仿真试验表明,该控制器响应快速、平稳,对参数时变与不确定扰动具有一定鲁棒性,能有效地对挖掘机铲斗位姿进行精确控制。     

机电一体化技术在液压挖掘机中的应用

随着科学技术的发展和现代化生产的需要，液压挖掘机需要大幅度的技术进步，机电一体化技术的应用是液压挖掘机发展的必然趋势，机电一体化的研究内容主要集中在液压挖掘机的控制系统上。比较了当今世界上最具典型的两种液压泵控制系统，分析了各自的特点，指出了全电脑控制系统和电液联合控制系统的不同。     

液压挖掘机工作装置模型及控制的试验研究

对某型液压挖掘机的工作装置进行3自由度的动力学分析，利用拉格朗日方法建立其动力学方程；并在该动力学方程的基础上给出挖掘机铲斗轨迹控制方法；介绍控制系统的软件、硬件、反馈检测装置、轨迹控制器以及为了对挖掘机进行计算机控制所进行的相关改造；给出PID控制的框图、铲斗轨迹跟踪控制表达式；对其铲斗轨迹跟踪控制进行三自由度的测试试验；由于试验挖掘机所采用的控制阀为电液比例阀，有较大的死区，为了保证控制精度，给出了死区补偿的试验方法以及PID参数设置方法和数值。研究结果表明：在所给定的PID参数下，铲斗跟踪的设定水平直线长度为2．500m，对铲斗水平跟踪速度为136mm／s，其精度可以控制在110mm之内，非直线度最大为4．2％。     

基于ANSYS的液压挖掘机工作装置有限元分析

针对YC225LC-8型液压反铲挖掘机,利用力学理论和方法对其工作装置在三种典型工况下进行受力分析.使用ANSYS对挖掘机动臂进行有限元静力强度分析,得出三种典型工况下的应力和应变云图以校核其强度.有限元分析结果显示:挖掘机动臂的静强度满足要求,其最大应力主要出现在液压缸和动臂连接的铰接点以及动臂和底座的铰接点处,这是对工作装置的强度起控制作用的一个重要因素.有限元分析结果对设计优化工作装置的具指导作用.     

减少液压系统发热的简易方法

针对液压系统输入功率的能量损耗,介绍一种减少液压系统油发热的简易方法。     

液压混合动力挖掘机动力系统的参数匹配方法

根据液压混合挖掘机动力系统的驱动结构、工作原理和负载特性,提出了其参数匹配方法.以蓄能器安装空间最小、蓄能器使用寿命最长和发动机工作点的稳定性为约束条件,从最大限度地发挥辅助驱动单元削峰填谷功能和降低系统装机功率的角度,对液压蓄能器的工作压力和体积、发动机功率、泵/马达的排量等参数的设计依据及其匹配进行分析,利用AMEsim软件建立仿真模型,以用于节能驱动系统中蓄能器的工作压力和额定体积的仿真.结果表明,进行参数匹配后,发动机的工作点切换满足稳定性的要求,且蓄能器的压力波动满足工况的要求.相对于原始驱动系统,其节能效果显著,节能比率为11.21%.