利用试验台对蓄能器工作特性进行了研究与分析,得出蓄能器配置参数在制动能量再生系统应用条件下的影响规律,给出蓄能器配置参数与其输出参数关系,为制动能量再生系统蓄能器的参数匹配提供理论依据。

针对传统电液控制系统单一工作模式能耗高、效率低等问题,提出了一种负载口独立多模式切换控制系统。该系统基于负载口独立控制,通过改变传统液压回路连接方式,为系统拓展多种节能工作模式并设计了多模式切换控制器。该控制器首先根据负载方向和速度方向,将系统切换至能量最优的工作模式;然后再根据工作模式为执行器进、出口配置最佳阀控策略,而泵控方式采用电液负载敏感方法使系统压力适应负载压力。为验证该系统在出口压力损失和能量再生两方面的节能效果,以传统电液负载敏感系统为对比对象,在小型挖掘机上进行了实验验证,并评估能效。实验结果证明,与传统电液负载敏感系统相比,采用负载口独立多模式切换控制方法在不降低运动跟踪性能的同时,能有效提高系统的能量效率,节能率达21.95%。

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。

针对装载机动臂能量损耗大的问题,提出一种混合动力装载机动臂能量回收及再生系统,该系统采用蓄能器作为储能元件。首先分析混合动力装载机动臂能量回收及再生系统工作原理,其次对元件进行数学模型分析,最后运用多学科领域复杂系统建模仿真平台(AMESim)进行建模,以柳工ZL50C为仿真对象,在典型工况下进行仿真,并与传统系统进行比较分析。仿真结果表明:该混合动力系统动臂油缸响应速度快,能量回收效率达到66.9%,能量再生效率达到81.5%。该混合动力系统与传统系统相比,发动机为系统提供能量降低了21.3%,发动机油耗量降低了19.8%。该系统为装载机节能技术的研究提供思路,对于降低装载机作业成本有重要意义。

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。

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.

线控制动是汽车制动系统的发展方向，制动能量再生是汽车节约能源的重要措施，而应急制动功能一直是线控制动系统的一个难题。在对传统制动能量再生装置进行深入分析的基础上，提出了一种基于线控制动系统具有应急制动功能的液压储能式制动能量再生装置，并对其进行了结构设计与控制策略研究。该新型制动能量再生装置的能量存储与释放相结合，即可在汽车起步、加速时释放储存能量，也可在制动过程中直接将储存能量施加于车轮实施制动，提高了制动能量回收利用效率和车辆行驶安全性能。

全液压塔机通常带载回转,转动惯性大。回转制动时,转台惯性动能会导致系统油路压力冲击,最终以热能形式散失造成能量浪费并使油温升高,致使系统性能下降。利用蓄能器和泵/马达二次元件给出一种塔机回转制动能量回收及再利用系统,回转制动的惯性能量回收后用于塔机散热系统的辅助动力,以避免回收能量对系统主回路运行产生影响。仿真结果表明,与原回转液压系统相比,该系统回转制动过程更加平稳,能够保证制动精度,回收的制动惯性能量用于塔机散热系统辅助可节能17.48%。