双碳背景下,电驱动方式成为有效解决非道路移动装备碳排放与能源浪费问题的重要途径。然而,目前的电驱方式仅仅是用电池和电动机取代了内燃机,液压系统仍沿用集中式动力源供能、多路阀分配动力的阀控方式,存在系统能量转换、传递效率低的不足,需要大容量的电池组满足工作时长的需求,导致成本高,制约其推广应用。因此,提升液压系统的能效成为破解非道路移动装备电动化技术瓶颈的关键所在。对数字变排量泵技术、离散数字液压阀技术、浮杯泵技术,国际上三种显著提升液压系统能效的方法、研究进展、应用效果进行了分析和论述。进一步对团队所提出的电气液压双动力驱动重载直线执行器的工作原理、能效特性和应用效果进行介绍,所介绍的四种新型传动方式和现有技术对比,普遍可提高能效50%以上,为电动化非道路移动装备的推广应用奠定...

为克服内燃机驱动液压挖掘机动力源能效低、排放差、噪声大的问题,提出一种纯电驱负载敏感系统,采用变频异步电机作为动力源,为克服电动机高速轻载、液压泵小排量工况效率低的不足,设计了基于“排量预值”的转速-排量复合控制方案,尽可能使液压泵处于大排量状态,在流量高动态变化时,采用变排量控制,克服电动机动态响应的不足。构建了3种驱动方案下液压挖掘机机电液联合仿真模型,以动臂单动作及工作装置复合动作进行研究,对比分析不同驱动方案下液压挖掘机能耗特性,并分析“排量预值”对设计方案能效的影响。相比柴油机驱动和定速电机驱动,转速排量复合控制方法可以分别节约成本约63%和38%,随着“排量预值”的增大,纯电驱液压挖掘机的运行成本逐渐降低。

现有电液控制系统为控制液压缸位置,采用比例阀或伺服阀,造成了非常大的节流损失。为改善能效,提出了一种采用电-机械执行器和液压缸的新型液-电混合驱动系统,电-机械执行器用于控制负载运行速度和位置,主要克服惯性力;液压缸主要克服外负载力。为了抑制二者之间的耦合影响,电-机械执行器采用位置闭环控制,并在转矩环补偿干扰力。控制阀主要起液压缸换向作用,节流损失很小,以设定的电-机械直线执行器输出力阈值为基础,通过调节泵压力(液压缸进油压力)或阀开口(液压缸回油压力)控制液压缸输出力。研究结果表明,所提系统具有与阀控缸系统相同高的控制精度,并可大幅减小节流损失。与阀控缸系统相比,液电混合驱动系统能效提升了43.1%。

针对传统工程装备机械臂重力势能浪费及运行特性差等问题,提出利用高功重比液压缸辅助小功率电机械执行器驱动机械臂的液电混合半主动驱动系统。其中,电机械执行器主动控制机械臂运行,改善运行特性;液压缸与蓄能器连接,构成储能平衡系统,用于平衡机械臂自重,回收利用重力势能。根据电机械执行器与液压缸不同组合方式,提出3种驱动方案,以挖掘机动臂为具体应用对象,对不同驱动方案进行参数匹配设计和仿真分析。与节能效果显著的三腔液压缸负载敏感控制系统相比,液电混合驱动系统可进一步降低能耗达51%~56%,动臂速度超调和波动较小,可很好地按照预期速度运行。研究为举升机构驱动系统提供了新的方向,可实现绿色驱动,应用前景广泛。

为了解决螺旋桨叶片等薄壁件在加工中因振动而难以达到加工精度要求的问题,给出了一种通过调节主轴转速来实现薄壁件分区域加工共振控制的方法。通过模态锤击实验获取不同切削区域工件与刀具的固有频率,结合工件与刀具的固有频率及其与刀具齿数的关系,确定薄壁类零件不同区域加工的主轴转速,进而减弱和避免加工过程中的振动。通过薄板切削实验,验证了分区域加工共振控制方法对避免铣削加工振动和提高加工质量的有效性。将所提方法应用于螺旋桨叶片加工过程中,有效地解决了螺旋桨叶片等薄壁类零件的弱刚性及其不同区域动态特性分布的差异性而导致精加工过程中极易发生振动的问题。