以内燃机为动力的城市公交车频繁刹车与起步,大量惯性能由刹车系统消耗,从而浪费大量油料,并造成环境污染。研究一种能够将公交汽车的惯性能转化为液压蓄能器的压缩能的系统,并将此部分能量用于辅助公交汽车起步,达到节能减排、减少浪费的目的。研究表明所存储的能量可提供公交车起动最大扭矩29.4%~31.7%的助力效果。

传统的气动驱动回路一般使用三位五通换向阀进行控制，压缩气体的利用率较低。针对这一问题，提出一种采用4个开关阀控制的桥式气动回路，以提高压缩空气的利用率。桥式气动回路节能的核心是充分利用压缩气体的膨胀能做功推动活塞运动。以活塞杆伸出行程为例，基于能量转换，根据活塞运行过程中进气腔和排气腔气体的做功来计算开关阀的开闭时序。对计算得到的开关阀开闭时序进行实验验证，并与传统的气动回路进行对比。实验结果表明，与传统气动回路相比，提出的桥式气动回路能够有效地提高气动驱动系统中压缩空气的利用率。

桥式气动回路由多个开关阀独立控制系统进气与排气,可有效节约气动系统耗气量。为了发挥桥式气动回路结构优势,验证理论计算获得的进排气通断时间合理性,实现气动系统节能及活塞运行平稳性,利用LabVIEW开发平台,通过硬件组建、系统建模与软件开发,完成适用于4个开关阀组成的桥式气动回路节能方法实验系统。通过仿真与实验、数据处理与分析,所研发的实验系统功能完善,工作稳定,能够根据定时、定量进排气等多方面需求完成测控功能,检测数据准确有效,实现了对桥式气动回路节能方法理论计算结果的校准及节能效果的评估。

针对影响气动系统效率的主要因素,从提高压缩空气制气效率、余热利用、分压供气、减少泄漏和残余能量回收再利用等节能手段,介绍了当前国内外气动系统节能的主要技术进展和新的研究成果,并进一步分析了各种节能方法的特点,提出了未来气动系统节能技术的研究重心和发展方向。有助于为探索新的节能理论和方法提供启发,推动行业技术进步。

针对气动系统能量效率低这一主要问题,提出一种气动系统节能的新方法。其思想是通过使用小型气泵直接驱动执行机构,形成闭式回路,循环利用执行机构腔内已经产生的高压气体,消除传统回路的排气阶段。首先设计了小型空压机直接驱动的气动回路,搭建了相应的闭式回路实验台;其次,开展不同工况下气缸往复运动实验研究,验证原理上的可行性;然后,针对直驱系统的问题进行回路改进以满足系统所需的空气量及响应要求;最后,通过实验验证了直驱系统的节能特性。结果表明,所提出的直驱系统相比传统回路运行简单且能提高气动系统的能量效率。

针对传统气缸动作回路能量利用效率较低的问题，提出一种桥式气动节能回路，其思想是采用4个二位二通换向阀组成1个全桥，通过控制4个阀的开闭时序以实现进排气量的单独控制，充分利用压缩空气的膨胀能做功以实现节能，关注的重点是如何采用非线性动态优化的思想以得到4个阀的开闭时序。设计了桥式气动节能回路的原理图，搭建了相应的桥式回路试验台。针对桥式节能回路，以空气消耗量为优化目标，基于序列二次规划非线性动态优化方法，实现阀时序的计算。通过实验验证了时序的正确性。