液压挖掘机作为重要的工程机械,具有能量密度高、结构紧凑和工作范大围的特点,能够完成复杂的挖掘工况,且作业形式多样化,因此被广泛用于水利、道路、房屋、铁路等建设和矿物开采等各种施工场合。但液压挖掘机工作装置重量非常大,正常作业时,工作装置在液压缸的驱动下频繁举升和下降。举升过程中集聚的重力势能,在下放过程中经控制阀节流作用以热能形式耗散,造成了巨大的能量浪费。因此,充分回收利用这部分损失掉的能量,对提高液压挖掘机能效,降低整机能耗有非常重要的意义。针对上述问题,本文提出一种基于液气储能平衡的挖掘机动臂节能系统并将其用于36 t大型液压挖掘机进行研究。该系统采用三腔液压缸和液压蓄能器,在不改变原有机械结构的基础上,以三腔液压缸替代原动臂系统单出杆液压缸,采用液压蓄能器回收并直接再利用工作装置势能,提高工作装置势能回收再利用率。本文构建了包括柴油发动机、液压系统和工作装置的挖掘机动臂节能系统联合仿真模型,分别对原动臂系统和动臂节能系统进行仿真,对其运行特性、发动机和液压系统能耗特性进行对比分析,并进行试验验证,进一步对液压蓄能器参数进行优化。论文主要研究工作如下:1、原动臂系统分析。根据现有液压挖掘机动臂系统工作原理,分别对动臂下降、动臂举升的系统能耗进行理论分析,画出能量传递链图,根据能量传递和损失过程,确定原动臂系统节能路线。2、基于液气储能平衡的挖掘机动臂节能系统。提出基于液气储能平衡的动臂节能系统,建立动臂节能系统关键元件数学模型并确定其参数,分别对动臂下降、动臂举升过程动臂节能系统的能耗进行具体分析,研究动臂节能系统的节能性。3、仿真模型构建。在SimulationX中构建液压挖掘机工作装置多体动力学模型、液压系统模型和柴油发动机试验模型,并将三部分模型连接在一起,构建液压挖掘机原动臂系统和动臂节能系统的联合仿真模型。4、运行和能耗特性分析。根据所构建模型分别仿真分析原动臂系统和动臂节能系统的运行特性和能耗特性。仿真结果表明:基于液压储能的动臂节能系统降低主泵能耗53.8%,降低柴油发动机能耗48.5%,降低柴油发动机油耗量31.7%。搭建试验平台,通过试验验证动臂节能系统的可行性和良好的节能性。5、液压蓄能器参数影响分析。分析不同预充压力和液压蓄能器容积对液压蓄能器充放能量特性的影响。仿真结果表明:液压蓄能器回收能量和能量再利用率随着预充压力增大而增大;液压蓄能器回收能量和能量再利用率随着液压蓄能器容积增大而稍有减小。