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。

液压挖掘机作业时,上车回转系统频繁起制动。由于惯性大、起动压力高,造成大量的溢流损失;制动时上车回转系统的动能通过液压马达出口的制动阀转化为热能,能量浪费大。为了降低挖掘机回转过程的能耗,提出液电混合挖掘机回转驱动系统。在回转过程中,电机作为主驱动控制上车回转系统的回转速度,液压马达-蓄能器回收上车回转系统制动动能,并在起动时辅助电机驱动回转系统。首先对主要元件进行参数设计,然后建立原机回转系统和所提系统的联合仿真模型,对2种回转系统的运行特性和能效特性展开研究。结果表明:与原机系统相比,所提系统在1个回转工作循环内能耗降低37.26%~53.29%,并抑制了上车回转系统的回摆现象,提高整机运行的平稳性。

阀控液压系统动态响应快、功率密度大,但存在较大节流损失,无法解决多执行器系统载荷差异带来的节流损失;泵控非对称液压缸系统消除了节流损失,但需进行流量补偿,同时泵控多执行器系统装机功率和成本过高。针对上述问题,提出一种泵阀双源协同驱动非对称液压缸系统,并将其应用于某大型液压挖掘机斗杆系统。首先在SimulationX中构建了机电液联合仿真模型,通过与斗杆空载试验结果对比,验证了模型的准确性,然后设计了系统控制策略,最后通过仿真分析了不同控制系统斗杆运行特性和能耗特性。仿真结果表明,与电液流量匹配控制系统相比,该系统改善了斗杆运行平稳性,同时降低系统能耗达63.3%,并具备能量回收的潜力。

课程思政是将专业课程与思政教育相结合,是实现立德树人的重要途径。为贯彻全国高校思想政治工作会议和学校思政政治理论课教师座谈会精神,各大高校都全面开展了课程思政工作。液压与气压传动,是支撑和推动我国装备技术进步、实现制造强国目标的基础支撑。本研究以《液压与气压传动》课程为例在全面分析现阶段课堂教学工作现状和面临问题的基础上,深入挖掘其中蕴含的思想政治教育元素,在教学导向、教学内容、教学方法、教学对象上运用精准思维做到因时而进、因事而化、因势而新、因人而异的精准思政育人路径,达到液压与气压传动技术人才思想精神境界和专业技术能力的双向提高。

为减少非最高负载执行器控制阀口存在的节流损失,同时减少执行机构的重力势能及动能以节流损失形式耗散,提出通过非驱动腔压力调控原理减小负载差异导致的节流损失,并回收执行机构动势能,实现液压挖掘机系统低压损动力分配与传递;建立系统数字样机进行仿真分析。结果表明:新系统在保证控制性能的基础上,能通过压力调控提高非最高负载执行器非驱动腔压力,进而提高驱动腔压力,减小节流损失并回收能量;新系统还能回收执行机构动势能,在一个挖掘循环内,整机节能比例为13.22%。

针对传统柴油发动机驱动的液压挖掘机,动力源能耗大,排放差的问题,提出变转速纯电驱液压挖掘机方案.建立了普通和变转速纯电驱液压挖掘机的多体动力学模型,通过模型仿真对比研究了普通和电驱液压挖掘机的能耗特性,结果表明：与普通液压挖掘机相比,电动液压挖掘机可以节约运营成本30%以上,有效地降低了挖掘机的运营成本.为了进一步提高电动液压挖掘机的节能性,针对挖掘机典型工作过程,研究了电动液压挖掘机不同＂泵排量目标值＂下以及不同转速范围下的能量消耗情况.仿真结果表明,＂泵排量目标值＂设定为0.9时,电机的转速设定为1 200-1 500r/min,耗电量最少.

传统四边联动阀控制液压执行器可控性差、在超越负载工况能耗大。为改进这些不足,提出动臂、斗杆液压缸和回转液压马达采用泵阀复合、流量压力匹配进出口独立控制、铲斗液压缸与行走液压马达采用原有四边联动阀的液压挖掘机整机方案。建立液压挖掘机机械结构多刚体动力学与电液系统联合的数字样机,利用该样机分别对采用负载敏感系统和新回路系统控制的动臂、斗杆和回转马达三个执行机构动静态性能和能耗特性进行研究。进一步构建基于上述原理的试验测试样机,试验结果表明所建立数字样机具有较高的准确性;采用流量匹配进出口独立控制方法可以显著降低阀口工作压差,提高能量利用效率,减小执行机构压力冲击,提高整机运行平稳性。

由于结构紧凑,易于并行驱动多执行器等优点,阀控液压缸系统被广泛应用于工业和工程自动化装备,存在问题是节流损失大,能量效率低。为了降低液压系统能耗,有效的方法是采用直接泵控技术,消除节流损失。但传统进出口流量对称型液压泵驱动非对称液压缸系统,需要附加复杂的回路补偿非对称液压缸面积差,并且当液压缸负载方向频繁变化时,控制腔交替变化,液压缸运行平稳性差。针对上述问题,提出一种能够匹配非对称液压缸面积差的非对称泵控缸闭式系统方案,并将其应用于控制具有四象限工作特性的液压挖掘机斗杆。为了验证新提出方案的可行性,在前期仿真研究基础上,构建非对称泵控液压挖掘机斗杆试验系统,对采用新方案后斗杆的运行和能效特性进行研究。测试结果表明,新系统具有良好的控制特性,可消除负载方向改变造成的速度波动,与采用...

以现有对称泵控非对称缸系统和新型三油口泵控非对称缸系统为对象，对四象限工况下两种系统的能效特性进行了对比研究。介绍了两种系统的工作原理，对系统能效进行了理论分析，进一步在SimulationX软件中进行了仿真研究，并讨论了负载力大小对系统能效的影响。仿真结果表明，与对称泵控系统相比，三油口泵控系统第Ⅰ象限内，可提高系统能量效率7.6％，减少系统能量损失66％；第Ⅲ象限内，可提高系统能量效率21.2％，减少能量损失86.4％，因此具有更好的能效特性，节能效果显著。

液压挖掘机一直以来都存在能量利用率不高的问题在动臂下降过程中动臂势能大部分通过液压系统转换成热能浪费掉。研究了一种以蓄能器为储能元件的动臂势能回收系统分析了其工作原理建立了挖掘机工作装置的Simulation X多体动力学仿真模型进行仿真研究并讨论了蓄能器参数对能量回收效果的影响。仿真结果表明该系统能够实现动臂势能回收达到了较好的节能效果。