集成储能挖掘机动臂液压缸运动特性优化

集成储能液压缸是一种多腔液压缸,由差动缸和柱塞缸组合形成。其储能腔与蓄能器直接连接,形成储能回路,用于回收再利用动臂势能,具有高效的势能再生利用和广泛适用性,但蓄能器的引入使其难以实现高精度运行。为了解决上述问题,提出了一种主回路和储能回路协同控制的方案,在储能回路中引入比例阀,并与主回路阀协同控制,以改善挖掘机动臂的运动特性。通过在SimulationX软件环境中建立挖掘机的联合仿真模型,分析并对比采用该方案与采用传统控制方案下的动臂运动特性。结果表明,该方案可以降低蓄能器对动臂运动特性的影响,并提升集成储能液压缸的速度和位移控制精度。

基于AMESim的水下大型气液混合储能系统运行特性分析

海洋可再生能源有望成为日益频繁的海洋活动的重要能量来源,尤其是对于有长期、持续、原位、无人需求的应用场景,一定程度上可弥补传统缆系岸电和自持电池/燃料供电方式的不足。但海洋可再生能源存在显著的间歇、波动缺陷,储能是克服该缺陷的最有效方式之一。提出了一种应用于海洋可再生能源的存储与释放的水下大型气液混合储能系统概念,融合高压气体在能量密度和水液压在功率密度上的优势。利用AMESim建立了系统仿真模型,分析了系统储能与释能过程中压力、温度等关键参数的变化,研究了系统的运行效率、能量密度及能量传递与转换特性。结果表明,水下气液混合储能系统运行效率可达约58%,但储能能量密度还有待于进一步提升。

液气储能双缸驱动大型液压挖掘机动臂节能特性研究

液压挖掘机工作过程中存在大量的重力势能浪费,严重影响整机能效并造成大的排放污染。针对双液压缸驱动动臂的大型液压挖掘机,提出采用双液气储能液压缸驱动液压挖掘机动臂、集成驱动与势能回收一体化原理,降低机器作业能耗和排放。将原双腔液压缸改为集成有储能腔的三腔液压缸,储能腔与液压蓄能器直接连通,通过液压蓄能器初始充液压力平衡工作装置自重,直接回收利用工作装置重力势能。根据36 t大型液压挖掘机作业特点和重力势能变化情况,设计出液压缸和液压蓄能器的参数。进一步建立数字化样机,通过对液气储能驱动系统进行仿真研究,对液压泵输出流量和控制阀的阀口参数重新匹配,修改了与回转复合动作的合流控制策略,并初步验证了液气储能驱动系统的节能效果。在此基础上构建了试验样机,90°标准装车作业循环测试表明,与同型号液压挖掘机相比,在满足同样挖掘力的情况下,整机工作效率提升20.7%,燃油消耗降低17.1%,如按每天作业8 h计算,单台车每天可节约燃油达47 L,减少二氧化碳排放123.6 kg。

闭式泵控液气储能重载举升机构特性研究

采用变转速泵控缸闭式系统的重载举升机构,在超越负载工况下,若不采用制动电阻或能量回收装置,系统将由于电机不能支撑反向负载而失控。但制动电阻消耗电机的发电能量,降低系统能效,增加系统散热负担。针对上述问题,提出一种基于液气储能的重载举升机构闭式泵控三腔液压缸系统,并将其应用于液压挖掘机动臂。液压泵与三腔液压缸的无杆腔和有杆腔连接,控制动臂运行;配重腔与蓄能器连接平衡挖掘机执行机构的重量,直接回收利用执行机构的势能。研究中,首先确定三腔液压缸和蓄能器的参数,然后设计系统的控制策略,最后构建闭式泵控三腔液压缸的挖掘机动臂试验系统,验证系统的可行性。试验结果表明,合理设置蓄能器的压力,不仅可以实现动臂势能的直接回收利用,而且可以使电机始终处于电动状态,提高系统的可控性和能量效率,与负载敏感控制的三腔液压缸系统相比,液压泵输出能量降低27.2%。

液气复合驱动液压挖掘机动臂运行特性及能效

液压挖掘机作业中,大质量动臂举升储存的势能经液压阀口节流转化为热能耗散,不仅浪费能源,还使液压油温度升高,需附加冷却系统降温,增加了机器的成本和复杂性。为解决上述问题,在原有负载敏感驱动回路的基础上,提出基于三腔液压缸的工作装置自重液气平衡势能回收利用方法,三腔液压缸中一个油腔与液压蓄能器直接连通,存储利用工作装置的势能。研究中,首先根据前期的仿真结果,建立了基于三腔液压缸的液压挖掘机测试样机,通过试验,分析对比了分别采用两腔液压缸和三腔液压缸驱动动臂的运行特性与能效特性,测试结果表明,增加液气储能容腔后,提高了系统运行的平稳性,动臂运行过程中的能耗降低48.5%,峰值功率降低64.7%,节能效果显著。新的方法也同样适用于各类液压缸驱动的重载举升装置。

液压挖掘机动臂自重液-气储能平衡方法研究

液压挖掘机在作业中,动臂将高频次大范围举升和下降,现有挖掘机无能量回收装置,大量势能将在动臂下降时通过控制阀的节流作用浪费掉。为回收利用这部分浪费掉的能量,对动臂自重液-气储能平衡方法进行研究,在此基础上,提出采用三腔液压缸直接转换利用挖掘机重力势能的系统原理。三腔液压缸是在原两腔液压缸基础上,将双腔液压缸无杆腔分为两个容腔而构成,其中一个容腔与蓄能器连接,称为配重腔,设置蓄能器压力与动臂自重基本平衡。研究中,首先建立动臂驱动系统的能耗数学模型,分析系统的能量特性;然后以20 t挖掘机为例,建立整机的机电液联合仿真模型,分析对比分别采用双腔液压缸系统和三腔液压缸系统,动臂的运行特性和能耗特性;进一步构建试验测试平台,验证所提系统的可行性和节能效果。结果表明,新系统较双腔液压缸驱动系统,重力势能回收利用率达68%,节能效果显著,该方法也完全适用于各种类型的液压举升机构。

Dynamic simulation research on injection and withdrawal performance of underground salt cavern natural gas storage

Owing to perfect impermeability,dynamics stability,flexible and efficient operation mode and strong adjustment,underground salt cavern natural gas storage is especially adapted to be used for short-term dispatch.Based on characteristics of gas flow and heat transfer,dynamic mathematic models were built to simulate the injection and withdrawal performance of underground salt cavern gas storage.Temperature and pressure variations of natural gas in gas storage were simulated on the basis of building models during withdrawal operation,and factors affecting on the operation of gas storage were also analyzed.Therefore,these models can provide theore-tic foundation and technology support for the design,building and operation of salt cavern gas storage.