为提高工程机械的节能效果,针对纯电驱动工程机械提出了一种基于电动机调速和液压蓄能器的负载敏感型自动怠速控制系统,分析了新型自动怠速分段控制划分规则.考虑到系统节能效率和操控性能,充分利用液压蓄能器可以瞬时提供动力的特点,提出了具有负载压力适应的负载敏感型自动怠速分段控制策略,并基于所搭建的试验平台展开了系统操控性能和节能效率的试验研究.结果表明所提出的新型自动怠速分段控制划分规则可行;取消自动怠速时的操控性能优于传统自动怠速控制;提出的系统的节能效率可以达到40%左右.

鉴于纯电驱动和传统驱动方式的差异,考虑到工程机械工况复杂多变、负载波动剧烈的特点,现有的动力换挡控制无法很好地适用于纯电驱动工程机械。针对某5 t纯电驱动装载机,提出了一种基于压力反馈的电液换挡系统及控制策略。通过分析换挡规律,根据现有动力换挡变速箱,结合电传动技术及电液控制系统,提出了基于压力反馈控制驱动电机工作在转速、转矩模式,实现了对离合器充、泄油过程中扭矩相自适应和惯性相调速。利用AMESim建立了机电液仿真模型,仿真结果表明:所提出的控制策略能大幅度改善换挡冲击度、滑摩功以及换挡时间。

随着全球变暖和能源危机等问题日益严重,传统工程机械能效低、排放差,已无法满足国家及行业可持续化发展的需求,纯电动系统是工程机械发展的必然趋势。目前,尽管电动化技术已经在汽车领域得到了广泛的应用,但与电动汽车相比,工程机械无论是在结构上还是工况上均存在显著区别,因此需对工程机械的电动化技术开展专门研究。首先,讨论了纯电动工程机械的类型,对电动工程机械进行了概述;然后,结合工程机械纯电动系统的特点,对比分析了工程机械与其他领域电驱动技术的差异,深入分析了电动工程机械中电机调速、电液驱动、能量回收等关键技术,并在此基础上介绍了电动工程机械的国内外研究现状;最后,对电动工程机械未来发展趋势进行展望。

工程机械电动化是节能减排的最为理想的驱动方式之一。传统工程机械采用的负载独立流量分配(LUDV)系统由于柴油机调速特性的限制,一般主要采用的是变排量定转速的变流量模式,多执行器同时工作时容易出现流量饱和。工程机械电动化后,电动机相对柴油机具有良好的调速特性。为了进一步避免流量饱和的现象,同时考虑到变量泵在低排量区间效率较低,提出一种基于分级压差控制的双变动力控制方法,对比实际负载压差与设定压差大小来提高操控性。分析不同目标流量阶段与负载实际压差之间的关系,实现全范围的流量匹配,控制变量泵的变排量工作区间处于效率较高区域,达到最大程度地避免流量饱和工况的发生;建立AMESim仿真模型进行仿真分析;搭建试验样机进行试验,验证了分级压差控制具有良好的流量跟随,解决传统挖掘机在低速定转速时流量饱和问题

针对工程机械节能需求,考虑挖掘机的典型工况,以保证在取消怠速恢复工作时执行器入口能快速建立压力为目标,提出一种基于蓄能器的二级怠速控制系统,通过检测先导手柄压力、液压泵出口压力、执行器入口压力和蓄能器压力等作为判断条件,制定驱动电机转速切换规则。对影响怠速过程的关键元件液压蓄能器的性能参数进行分析,以选定的蓄能器参数在某1.5 t纯电驱动挖掘机上进行试验,结果表明所提出的二级自动怠速控制系统能在两级怠速之间切换,且具有蓄能器的自动怠速系统,与无自动怠速控制的系统相比,节能达36%;与无蓄能器的自动怠速系统相比,恢复工作时执行器压力建立更迅速,压力更平稳,具有较好的操作稳定性。

首先分析了工程机械各执行机构的可回收能量分布以及可回收工况的特性。针对传统工程机械不具备能量储存单元的特点，分析了流量再生回路的工作原理和技术瓶颈。分析了两种剧烈工况和平缓工况时的电气式能量回收方案的工作原理、关键技术以及和汽车领域能量回收技术的异同点。最后讨论了基于液压蓄能器的不同能量回收再利用的能量回收方案的典型结构和难点。

鉴于混合动力系统或电动驱动系统中具有电量储存单元的特点,提出了一种基于电动机-闭式泵-液压蓄能器的液压挖掘机动臂节能驱动系统,通过液压蓄能器和高压侧相连,提高了液压蓄能器的工作压力范围和驱动系统的效率,分析了节能驱动系统的结构原理及工作特点。以减小蓄能器安装体积、保证动臂非对称油缸的流量匹配和延长蓄能器使用寿命为约束条件,以某20 t液压挖掘机的测试数据对节能驱动系统中液压蓄能器、大排量闭式泵、电动/发电机、小排量闭式泵等主要元件进行了参数匹配。针对所匹配参数建立节能驱动系统的AMESim数学模型进行分析,结果表明,该系统不仅实现了无阀控制和负负载的能量回收,同时蓄能器额定体积降低了50%,仍然可满足动臂非对称油缸两腔的流量差,且蓄能器压力波动满足工况的要求,相对传统动臂节流驱动系统,新型闭式节能

为改善工程机械自动怠速系统性能，针对纯电驱动工程机械提出一种基于液压蓄能器的负载压力适应型自动怠速系统，分析了新型自动怠速系统结构和工作原理。考虑到系统的节能效率和操控性能，提出了具有负载压力适应功能的自动怠速分段控制策略，并建立AMESim—MATLAB／Simulink的联合仿真模型进行研究，最后基于所搭建的试验平台展开试验研究。结果表明：所提出的新型自动怠速分段控制策略可行，且分段控制效果明显。