【摘 要】
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传统挖掘机采用阀控液压系统分配流量,节流损失大,重型工作装置举升下放频繁,重力势能浪费严重,造成整机高能耗、低能效。针对液压阀节流损失大的问题,目前的解决方案主要有两种,一种是采用新型阀控液压系统,减少系统中多余的流量和节流环节,但节流控制的本质没有改变,液压阀节流仍不可避免,相比之下采用泵控技术可彻底消除液压阀节流,优势明显,目前的研究主要集中在通过增设泵源或各种辅助元件平衡单出杆液压缸流量差的
【基金项目】
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国家自然科学基金（51775363,U1910211）；
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传统挖掘机采用阀控液压系统分配流量,节流损失大,重型工作装置举升下放频繁,重力势能浪费严重,造成整机高能耗、低能效。针对液压阀节流损失大的问题,目前的解决方案主要有两种,一种是采用新型阀控液压系统,减少系统中多余的流量和节流环节,但节流控制的本质没有改变,液压阀节流仍不可避免,相比之下采用泵控技术可彻底消除液压阀节流,优势明显,目前的研究主要集中在通过增设泵源或各种辅助元件平衡单出杆液压缸流量差的方法上,但不对称流量并未从源头上得到消除。针对工作装置大容量重力势能浪费的问题,通过机械式、电气式或液压式技术进行能量回收,可取得较好的节能效果,但重力势能回收率仍有提高空间。基于此,本文在国家自然科学基金（51775363,U1910211）的资助下,提出了一种应用于大型液压挖掘机动臂的泵控集成液压缸系统,通过采用特殊结构的集成液压缸作为执行机构与储能蓄能器配合,从源头上基本消除了闭式油路中的不对称流量,液压阀节流损失大大减少,动臂重力势能得到了快速回收与再利用。具体的研究内容如下:本文首先分析了所提系统的工作原理,在此基础上,对工作装置的机械结构和液压系统的关键元件进行了数学建模,并结合实际工作需要,对主要元件进行了参数匹配,完成了系统的总体设计。然后对所提系统的运行特性进行了理论分析,制定了相应的控制策略,在Simulation X软件中搭建所提系统的多学科联合仿真模型,并试验验证了模型的准确性,在此基础上,对控制策略和关键元件对系统运行特性的影响进行了仿真研究。最后在小型液压挖掘机上搭建了试验测试平台,对所提系统和其他系统进行了对比试验,为泵控集成液压缸系统在大型液压挖掘机动臂上的应用提供了参考与借鉴。研究结果表明:采用所提泵控集成液压缸系统后,液压挖掘机动臂运行平稳,动臂重力势能得到高效回收,液压阀节流损失几乎完全消除,液压泵输出能量显著降低,节能效果较好,验证了采用所提系统对挖掘机动臂进行节能控制的可行性。
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