液压缸驱动的机械臂,由于自身重量较大,举升过程中会累积很大的重力势能,在下降过程经过液压阀的节流作用转换为热能耗散掉,不仅浪费能源,还需要额外的冷却装置进行散热,进一步增加系统的能耗和成本,解决方法是高效率地回收和利用这部分能量。对重力势能电气回收利用方式和液压回收利用方式的国内外研究现状进行全面的分析对比,根据重力势能回收和再利用过程能量的转换方式与传递路径,分析电气回收利用、蓄能器直接回收利用、闭式泵控与蓄能器组合回收利用、机械臂重力蓄能器预充压平衡四种方法的优点和不足。最后,对全新的能量转换次数少、传递路径短、各环节效率高的液压和电气混合驱动机械臂工作原理、能效特性做分析,并给出试验测试结果,研究成果对设计和推广应用高能效液压缸驱动的机械臂具有重要的指导意义。

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%。

变转速电液泵可以大幅提升液压动力源能效,但采用变转速电机驱动定量泵作为动力源时,通过控制转速实现压力控制,难以适应流量快速大范围变化的工况。为解决这一问题,采用电机转矩控制液压泵输出压力,实现动力源与流量无关的压力控制。与变转速控制相比,电机转矩属于控制内环,响应速度快;由于泵输出压力与其排量的乘积基本等于电机的输出转矩,控制更为直接。考虑到泵输出压力与电机输出转矩的非线性关系,在前馈控制的基础上,引入压力偏差反馈,实现压力的高精度控制。建立电机转矩控制模型及液压系统模型,对提出的控制方法进行验证。结果表明:采用电机的转矩控制压力,压力响应时间降低到40 ms,静态特性曲线回程误差小于2%。

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%。

装载机装卸作业过程中,行走系统频繁启制动,带来系统能耗高且驱动电机装机功率大的问题。提出一种液电混合装载机行走节能系统,阐述了其工作原理并设计了液压再生制动策略和能量辅助启动策略以协调电机和液压泵/马达的动力总成部件,在Simulation X中建立了仿真模型。结果表明,此方案有效回收和再利用了装载机行走的制动动能,驱动电机的峰值功率降低约39%,一次完整作业能量消耗减少约29%。

滚珠丝杠具有高精度、阻力小、效率高等优点,是工业上常见的变回转运动为直线运动的执行机构。为使其充分结合液压系统功重比大的特点,提出了一种新型的液压-机械执行器系统,该系统在电动缸的基础上,采用液压马达替代电动机驱动滚珠丝杠,并推导出其数学模型。在多学科仿真软件SimulationX中建立了该系统的物理模型,对系统的闭环位置控制特性进行了仿真研究。结果表明:闭式泵控新型液压-机械执行器系统可以实现快速、准确、稳定的位置控制;当正

单出杆液压缸作为工程机械中最常见的液压执行器,由于其两腔面积的不对称性,造成了流量不匹配等问题;电动缸通过伺服电机驱动滚珠丝杠,解决了单出杆液压缸面积不对称的缺点,但受电机功率密度低的影响,难以满足重载工况下输出低速大扭矩的要求。针对上述问题,提出采用液压马达代替电动机驱动滚珠丝杠的方案,并通过开式泵阀分段控制方式对新系统进行闭环控制。结果表明:新系统可以实现快速、准确的位置控制;推杆在进给和回程阶段,压力、流量

为更好地研究使用抗流量饱和液压系统（LUDV）控制的挖掘机动臂的工作特性,对LUDV系统及其使用的负载补偿多路阀进行建模和分析,在多体动力学仿真软件SimulationX中建立动臂阀联的多体动力学模型,研究了多路阀动臂阀联的通流面积特性及其在空载工况下的运行特性。研究表明多路阀动臂阀联通流面积与其适用的液压缸油腔面积一致,其设计可以满足控制要求,但在大惯性工况下使用该阀会存在压力波动。

为研究与压力无关的流量分配系统（简称LUDV）中负载补偿阀的特性，在对LUDV系统深入研究的基础上，介绍了压力补偿阀在液压系统中的作用。在Simu]LationX环境下建立了仿真模型，并研究了负载补偿阀芯的节流槽型式及负载敏感油腔（Ls腔）有无弹簧对响应速度的影响。结果表明，使用三角u形槽组合槽在响应速度和响应开始时间都较好；在LS腔添加弹簧一定程度上能影响响应扰动情况，但会降低响应速度。