针对液压系统传统油冷器冷却时能耗大、热能浪费严重的问题,提出基于有机朗肯循环的液压系统余热回收利用方案,改善系统综合能效。建立了液压系统余热回收试验平台,研究电负载、油液流量和工质流量等参数对系统运行和能量特性的影响规律。试验结果表明:在相同工况下,与同等规格油冷器相比,所提有机朗肯循环余热回收系统最大热效率提高到了2.56%;膨胀机压力比和系统热效率随电负载和油液流量增加而增加;随着工质流量增大,膨胀机入口工质过热度显著降低,而蒸发器换热量和膨胀机输出功率增大。在试验工况下,蒸发器最大换热量为4.18 kW,膨胀机最大输出功率为356 W。试验结果验证了液压系统余热回收系统的节能效果,得到了运行参数对系统性能的影响规律。

为了分析大型液压挖掘机液压系统热平衡特性,基于SimulationX软件构建挖掘机机械模型、液压系统模型、热交换模型三者耦合建立挖掘机液压系统机-液-热联合仿真模型。对比试验与仿真结果,验证了仿真模型的正确性。结果表明:液压阀产生的热量约占系统总产热量的64%,是液压系统最大的产热源;散热器散热量约占总散热量的77%,系统热平衡时进出口的油液温差约为11℃;环境温度越高,系统热平衡温度越高。研究结果证明,现有挖掘机热平衡温度满足工作要求,并对挖掘机液压系统热管理提供了指导。

格莱圈主要用于液压缸活塞的往复密封,为分析工作温度对格莱圈密封性能的影响规律,利用ANSYS对其进行数值仿真。结果表明:主密封面上的接触压力随着工作温度升高而逐渐增大;最大von-Mises应力和最大剪切应力都随着工作温度升高逐渐降低,且外行程阶段的应力值最大。因此,应着重分析格莱圈在最低工作温度条件下外行程阶段的密封性能。

以具有冷却系统的液压动力站为研究对象,通过测试和仿真,分析各类液压元件的产热和散热特性。根据元件特征参数和物理尺寸,在AMESim软件中建立液压动力站的仿真模型,并根据测试数据对模型进行校准和验证。结果表明,当油冷器中油液流量在40~80 L/min的范围内正弦变化时,油液压降和散热功率以相同的频率分别在0.005~0.030 MPa和9~21 kW的范围内变化。即使冷却风扇不工作,油冷器的散热量仍占系统总散热量的70%以上。当液压管路较长时,管路的散热量较大,不可忽略。研究结果可为液压系统热特性建模仿真和分析提供指导。