为解决差动缸两腔面积差引起的吸排油流量不对称问题，系统应用非对称泵的结构特点使其在运动过程中能进行自动补偿。但由于两腔面积差不是严格的比例关系以及系统存在气蚀、泄漏等非线性的影响，仍然存在差动缸伸出和收回速度不一致，动静态性能差，系统能耗大等问题。针对于此，分析非对称泵控差动缸系统四象限运行特性，建立能量传输模型，从理论上阐述能量消耗和速度的关系，并进行开环特性试验验证。进一步以差动缸速度和电动机转速的特性曲线为速度闭环控制的前馈函数，提出非线性动态前馈补偿控制策略，根据工况实时调用，将计算所得值作为电动机给定转速，对差动缸的速度进行动态补偿。仿真和试验结果表明，该控制策略有效改善差动缸伸出和收回速度动静态性能，提高了系统能量效率。

针对气囊式液压蓄能器在工作中充放能不充分、能量密度低、工作参数不可调节的问题,提出一种可调压式液压蓄能器来改善上述问题。通过对可调压式液压蓄能器工作原理的分析,在AMESim软件中建立仿真模型,并将此蓄能器结合非对称泵应用于液压缸举升节能回路,同时设置采用气囊式液压蓄能器的回路为参照,开展节能仿真研究。结果显示:可调压式液压蓄能器比气囊式液压蓄能器多放能29%,电机多节能7.46%,有利于提高工程机械能量回收效率和作业性能。

为了解决传统蓄能器在放能过程中出口无法提供稳定的压力油而导致蓄能器的能量再利用效率低下的问题,提出一种可调节出口压力恒定的双皮囊蓄能器,并用于非对称泵控液压挖掘机动臂能量再生系统,在AMESim软件中建立仿真模型进行验证,再与普通蓄能器作用下系统节能效果进行对比。结果表明:在合理匹配参数的情况下,新型蓄能器可以为系统提供稳定压力油,且新型蓄能器相比普通蓄能器可多释放25%能量,电机功率降低9.85%,电机节约6.9%能量。

通过对非对称泵控差动缸系统势能回收效率进行研究,在理论分析的基础上建立势能回收过程的数学模型,分析蓄能器压力对能量回收效率的影响规律;建立势能回收系统的物理仿真模型,对势能回收过程进行仿真研究。结果表明:与普通气囊式蓄能器相比,采用恒压蓄能器进行能量回收可以避免在势能回收过程中,非对称泵从马达工况转化为泵工况而无法回收剩余能量;当负载为10 kN时,采用恒压蓄能器最大节能效率可达到29.8%。通过数值分析计算得到负载下降过

与阀控系统相比,泵控闭式系统具有无节流损失、驱动与动势能回收一体化的优点,是电液控制技术的发展方向,但对于目前广泛应用的单出杆液压缸,采用传统的进出口流量对称型液压泵,需要附加复杂的流量补偿回路平衡液压缸的面积差,在负载方向改变时会产生压力和速度突变,影响系统运行品质。为解决这些问题,提出一种能够匹配单出杆液压缸面积差的非对称泵闭式系统方案,在对称型轴向柱塞泵的基础上,将原配流窗口由2个修改为3个,其中与原泵出油口连通的窗口不变,连通单出杆液压缸的无杆腔。将原吸油窗口修改为2个,其中1个窗口与单出杆液压缸的有杆腔连通;第3个配流窗口为补偿窗口,与蓄能器或液压油箱连通。建立系统试验台,测试验证该新型系统方案的有效性,进一步将新回路原理用于控制液压挖掘机的斗杆,并对采用新方案后斗杆的运行和能效

由于结构紧凑,易于并行驱动多执行器等优点,阀控液压缸系统被广泛应用于工业和工程自动化装备,存在问题是节流损失大,能量效率低。为了降低液压系统能耗,有效的方法是采用直接泵控技术,消除节流损失。但传统进出口流量对称型液压泵驱动非对称液压缸系统,需要附加复杂的回路补偿非对称液压缸面积差,并且当液压缸负载方向频繁变化时,控制腔交替变化,液压缸运行平稳性差。针对上述问题,提出一种能够匹配非对称液压缸面积差的非对称泵控缸闭式系统方案,并将其应用于控制具有四象限工作特性的液压挖掘机斗杆。为了验证新提出方案的可行性,在前期仿真研究基础上,构建非对称泵控液压挖掘机斗杆试验系统,对采用新方案后斗杆的运行和能效特性进行研究。测试结果表明,新系统具有良好的控制特性,可消除负载方向改变造成的速度波动,与采用泵

为解决泵控非对称缸两腔所需流量不相等的问题,在轴向对称柱塞泵的基础上,提出一种能够平衡非对称缸流量差的变量非对称泵控缸闭式方案。通过控制变量非对称泵的斜盘角度实现对非对称缸的运动方向与两腔流量的控制,并将其应用于负载敏感液压挖掘机动臂回路中。为分析该方案的可行性,利用AMESim软件建立系统仿真模型。通过仿真分析,对比了变量非对称泵控系统与传统负载敏感阀控系统动臂运行特性和能耗特性。结果显示,采用变量非对称泵控系统动臂运行更加平稳,能耗降低36.9%。