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%。     

基于刚‒柔耦合的反铲液压挖掘机工作装置多体动力学分析与仿真

以某型挖掘机为研究对象，建立其工作装置及挖掘阻力数学模型。针对土方、石方挖掘工况，采用压力传感器、位移传感器测得挖掘过程中各油缸的压力及位移，采用电阻应变片测出动臂与斗杆上各测点的应力。基于所获得的各油缸位移及压力，通过动力学分析计算载荷。使用有限元分析软件和动力学仿真软件建立挖掘机刚?柔耦合模型，并以各油缸位移曲线为驱动，得到动臂及斗杆上各点应力。仿真计算与应力测试的对比结果表明，对应测点的应力变化趋势基本一致，误差在15%以内。     

液压挖掘机动臂势能再生系统的研究

为提高液压挖掘机的能量利用率,本文提出了一种新的动臂势能回收方法,把动臂下落时的回油腔通过回转马达连接到一个蓄能器,动臂下落时的势能转化为蓄能器的液压能,在动臂提升时蓄能器的液压能转化为动臂的势能。蓄能器的压力用来辅助驱动回转泵的转动,这样就可以减少回转马达功率的输入,通过调整马达的排量来控制动臂提升和下落的速度,利用两个液控单向阀来实现系统的保压。这种方法没有其他元件的能量转换回收效率高。通过仿真验证了这种方法的可行性,实现了动臂势能的回收,为动臂势能回收的实际应用提供了参考。     

液压挖掘机的动应力测试与瞬态分析

采用动态测试和瞬态分析方法研究液压挖掘机工作装置在常态挖掘过程中的动应力特性,首先针对某反铲液压挖掘机的常态挖掘过程,搭建动应变、油压和角位移的同步采集测试平台;然后基于达朗贝尔动静法原理,分别建立动臂、斗杆和铲斗的动平衡方程,并代入测试数据计算出构件各铰点的动载荷谱,将其转换到随体坐标系中再进行瞬态分析.动态测试和瞬态分析对比结果表明,仿真应力与测试应力的变化规律一致,瞬态分析能够得到挖掘机工作装置整体的动应力特性,可以作为判断工作装置动应力分布规律和危险截面的依据.     

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。     

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.     

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.     

液压挖掘机轨迹智能控制的研究

对挖掘机液压伺服机械手的轨迹提出了一种新的智能控制方法. 利用行程可测量油缸和先导伺服驱动方向阀构成的液压控制系统, 根据要求对动臂摆动机构系统的3个工作臂液压阀进行了有效控制,并给出了系统模型.     

单斗液压挖掘机工作装置的动力学响应

针对液压挖掘机工作装置大臂常出现裂纹现象,采用3-D软件PRO/E建立了整个工作装置的实体图,在有限元软件ANSYS下对其工作过程进行了动力学分析。研究结果表明:采用不同的挖掘角对工作装置的挖掘阻力影响较大;工作装置的最大应力出现在大臂与油缸的连接处;得出了不同姿态角度下工作装置的动力响应结果及受力状况,为液压挖掘机工作装置的动态优化设计提供了依据。     

基于作业路径的液压挖掘机挖掘性能

为了解决中国液压挖掘机挖掘过程中挖掘力不足的问题,提出一种基于作业路径的液压挖掘机挖掘性能分析新方法。充分考虑挖掘机连续挖掘的习惯特点,定义挖掘作业路径由铲斗挖掘轨迹和斗杆挖掘轨迹复合组成,依据动臂工作位置将可行挖掘域分成一系列作业路径,基于挖掘作业路径上离散点的整机挖掘力参数来评估挖掘机的挖掘性能。基于新分析方法对1台中国产液压挖掘机和同吨位日本产液压挖掘机进行挖掘性能分析对比。研究结果表明:中国产挖掘机和进口挖掘机作业路径上最大挖掘力相差达20kN,斗杆挖掘充分发挥比例相差达12%,充分解释了中国自主生产的液压挖掘机挖掘性能不足的原因;该新方法对挖掘机的设计具有理论意义,同时推动了中国挖掘机研究工作的进一步发展。     

混合动力挖掘机的建模与控制策略研究

以实现节能为目的,提出了一种应用于并联式混合动力液压挖掘机动力系统的控制策略。分析了该系统各个部分的结构,用AMEsim软件建立了其仿真模型,在MATLAB/Simulink中建立其动力系统控制策略模型,并进行联合仿真。该控制策略以发动机燃油经济性为优化变量,在工作中通过比较SOC值以及负载功率与发动机功率限值来确定发动机工作功率。仿真结果表明,该控制策略在轻载及重载两种工况下均能使发动机保持较好的燃油经济性,有利于系统的高效稳定工作。     

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%.
     

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.     

混合动力挖掘机综合效率优化管理策略

为克服片面优化发动机工作点的缺点,建立了并联式混合动力液压挖掘机系统综合效率数学模型,在此基础上结合挖掘机实际工况及蓄电池的使用特性,提出了动态管理混合动力挖掘机工作状态间转换的充放电优化管理策略及分段变电流的充放电控制策略. 仿真研究结果表明,蓄电池能迅速调整在高效区范围内工作,且采用该控制策略与采用综合效率最大策略相比整机油耗几乎相同,从而验证了该策略的有效性.      

液压挖掘机动力学研究

通过对液压挖掘机在工作过程中工作装置所受到的力和运动之间关系的研究，对液压系统液体流动和工作装置运动分别对挖掘力的影响作出了定量分析，并建立了相应的数学模型。关键在于根据能量守恒定律，解决了不能直接用动静法研究因惯性力所引起的冲击载荷问题，并推导出两种计算动载荷（或瞬息力）的公式，使液压挖掘机在工作过程中可能出现的最大瞬息力的取值有了理论依据     

基于PRO／E的液压挖掘机工作装置系统仿真与分析

通过三维参数化建模软件PRO／E,对某型挖掘机工作装置进行了三维建模．通过建立液压挖掘机工作装置的三维模型,并运用该软件中运动仿真模块Pro／MECHANICA对工作装置装配和机构运动仿真,从而了解了工作装置的挖掘工作范围．在对模型材料特性定义的基础上,对模型进行了静力分析,能够检验不同工况下动臂是否满足要求．通过仿真分析可知,相对于其它有限元分析工具来讲,Pro／MECHANICA软件实现了和PRO／E的无缝集成,对复杂零件建模后的分析工作更加精确．     

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.     

四轮独驱电动汽车复合制动控制策略

伴随汽车的电子化与智能化发展,针对四轮独驱电动汽车驱/制动力独立可控的优势,提出了一种考虑驾驶员制动特性的四轮独驱电动汽车复合制动控制策略。通过应用车辆动力学仿真软件CarSim与MATLAB/Simulink软件建立车体模型、电机模型、电池模型和能量回收控制模型,并合理分配前后轴制动力矩和液压制动与电机制动的比例,通过两种不同循环实验工况对能量回收控制方法进行仿真实验验证。实验结果表明:所提出的复合制动控制策略可以有效分配汽车前后轴制动力矩,保证汽车制动稳定性,并获得较高的能量回收率,提高汽车行驶里程。