液压挖掘机是一种拥有多功能、多用途的工程机械,广泛应用于建筑业、采矿业、水利工程、市政、交通土建工程、地下和隧道工程等行业,因此,研究液压挖掘机节能技术,改善液压挖掘机运行平稳性具有重要意义。液压挖掘机上集成有多种执行器,其中回转作为一种典型的执行动作,在整个挖掘机各作业机构工作过程中,在挖掘和装卸物料的一个完成的工作循环过程中,就需要进行两次回转,占据的比重较大,起、制动较为频繁。在传统的液压挖掘机中,回转系统基本上都是采用阀控液压马达开环系统来进行控制,控制阀为四节流边联动的多路滑阀,在阀芯动作过程中,进油节流边和回油节流边相互联动,经常会出现各节流边同时节流的现象。此外,在液压挖掘机所有执行机构当中,回转系统拥有最大的转动惯量,在起、制动过程都存在较大的溢流损失,基于上述种种原因,导致液压挖掘机回转系统能耗大、运行平稳性差、速度位置控制精度低和可控性差。因此,针对上述问题,本文以液压挖掘机回转系统为研究对象,并在国家自然科学基金项目“露天煤矿大型挖掘装备高能效运行基础研究(U1510206)”和“分腔容积直驱电液控制系统能量高效转换利用的理论与方法(51575374)”的资助下,开展了一系列研究。首先,提出采用泵阀复合流量匹配进出口独立控制原理,对液压马达压力和流量进行分腔独立控制,并实时调节液压泵输出流量与回转速度相匹配,减小阀口节流损失和起动溢流损失。与抗流量饱和负载敏系统(LUDV)相比,该控制系统进油阀阀口压力损失减小50%;以最小回转半径运行时,系统平均功率降低35.6%,以最大回转半径运行时,平均功率降低25.5%;制动过程的回摆现象以及压力冲击得到有效抑制。其次,提出一种基于S型曲线的速度位置复合控制方法,回转过程中,在位置反馈的基础上,根据所需要的回转期望位置,生成相应的S型速度控制曲线,进行速度前馈控制,此时速度前馈起主要作用,减小位置跟踪误差,同时加入压差反馈和速度反馈,改善系统动态特性。在运行到期望位置附近后,完全切换为位置反馈控制,位置反馈起主要作用,且控制阀由进出口独立控制转换为对称阀控制,提高了系统定位精度和速度。试验结果表明,在不同回转速度和位置下,系统均能获得较高的定位精度,定位误差仅有0.5°。在此基础上,为了适用传统液压挖掘机操作习惯,在获得高定位精度的同时,不改变原有手柄操作模式,提出采用对手柄信号进行积分的方式,来获取期望位置控制信号,并将其应用于所提出的速度位置复合控制策略,在每次回转角度随机的情况下,仍然能够实现较高的定位精度,提高了该方法的实用性。进一步采用能量平衡原理后,减小了由手柄积分延时引起的位移超调和振荡,提高了系统动态特性。试验结果表明,定位误差为0.5°,超调得到有效抑制。最后,创新性的提出采用双液压马达主被动复合控制液压挖掘机回转系统,在回收回转制动动能,消除制动溢流损失的同时,通过被动系统辅助主动系统共同驱动上车回转,能够对所回收能量进行充分再利用,极大的提高了系统能量效率,降低能耗。研究结果表明,与原有系统相比,该系统起动加速过程能耗可降低46.8%。