变转速非对称泵直驱液压挖掘机斗杆试验研究

由于结构紧凑,易于并行驱动多执行器等优点,阀控液压缸系统被广泛应用于工业和工程自动化装备,存在问题是节流损失大,能量效率低。为了降低液压系统能耗,有效的方法是采用直接泵控技术,消除节流损失。但传统进出口流量对称型液压泵驱动非对称液压缸系统,需要附加复杂的回路补偿非对称液压缸面积差,并且当液压缸负载方向频繁变化时,控制腔交替变化,液压缸运行平稳性差。针对上述问题,提出一种能够匹配非对称液压缸面积差的非对称泵控缸闭式系统方案,并将其应用于控制具有四象限工作特性的液压挖掘机斗杆。为了验证新提出方案的可行性,在前期仿真研究基础上,构建非对称泵控液压挖掘机斗杆试验系统,对采用新方案后斗杆的运行和能效特性进行研究。测试结果表明,新系统具有良好的控制特性,可消除负载方向改变造成的速度波动,与采用泵阀复合进出口独立控制系统相比,一个工作循环降低能耗达57.0%。

泵阀复合驱动执行器速度/位置控制方法

针对液压升船机、多自由度试验平台、长行程单出杆液压缸控制系统高性能和高效能的要求,结合阀控回路的高性能和泵控回路的高效能特点,采用阀控开式回路和泵控闭式回路并联驱动新回路。该回路兼顾效能和性能,但侧重于保持性能。为提高新回路运行过程中的平稳性及带负载的控制精度等性能,提出带有负载补偿量的速度/位置复合控制策略,确定负载补偿计算模型和速度前馈控制计算模型。仿真结果表明:采用该控制策略,可以实现速度和位置的同时控制,并且在不同负载下可以获得较好的控制性能。

电-液双源混驱装载机举升系统特性研究

装载机广泛应用于工程建设、抢险救灾等关乎国计民生的领域。普遍采用液压系统驱动与传递动力,但系统能量效率较低,且在装卸货物的过程中存在大量势能浪费,增加了整机燃油消耗和碳排放量。针对上述问题,提出电-液双源混合驱动系统,将电机械执行器的高能效与液压缸-蓄能器高势能回收效率的优势相融合,采用高能效电机械执行器控制系统运动,液压缸-蓄能器平衡系统外负载力并回收利用系统重力势能。文中根据所提电-液混驱系统工作原理,对系统进行了理论分析,进一步搭建了所提系统试验测试平台,对系统的电液功率配比进行了优选,明确了系统的工作与能耗特性。试验结果表明,与原有阀控系统相比,相同工况下所提系统可降低能耗51.7%,峰值功率59.6%。研究成果对工程机械领域“双碳”战略愿景目标的实现具有积极促进作用。

系列化液压挖掘机数字样机研究

液压挖掘机是典型的多执行器工程装备,其特点是执行器惯性大和单泵驱多执行器,工作过程中负载大范围变化,在设计中难以充分了解整机工作特性,导致系统设计效率低、系统运行特性差等问题。采用数字化样机设计方法可以有效提高系统设计效率,但目前传统一维仿真设计方法不能实时计算作用在各执行器上的等效质量与时变转动惯量,难以将作用在铲斗上的载荷实时分配到各液压缸上,存在负载工况模拟不准确和动态特性失真的问题。针对上述问题,提出采用基于元件试验或真实物理结构的数字样机设计方法,实现液压挖掘机整机机、电、液、控制系统及载荷的实时信息交换和协同计算,在6 t数字样机成熟技术基础上,拓展研发20 t、76 t、260 t、390 t挖掘机数字样机平台,并成功开发6 t挖掘机进出口独立控制系统、76 t高能效液压挖掘机和国内首台260 t和390 t超大型挖掘机,对科研及生产具有重要的指导意义。

非对称泵控装载机动臂特性研究

装载机通常采用阀控液压系统驱动动臂升降,上升过程积累了大量的动臂重力势能,在下降过程中经液压系统节流口节流作用耗散到环境中,频繁的升降过程产生了大量节流和溢流损耗,造成了系统发热与能量浪费。为消除液压系统的溢流与节流损失,提出采用闭式泵控原理驱动动臂单出杆液压缸;为平衡液压系统中单出杆液压缸的不对称流量和回收利用动臂的重力势能,提出含有三个配流窗口的非对称泵为闭式泵控液压系统供油。在非对称泵中,其中一个配流窗口与蓄能器相连,动臂下降阶段用于回收动臂重力势能,上升阶段与另外一个配流窗口共同为液压缸无杆腔供油,第三个配流窗口则与液压缸有杆腔相连。研究中,分析所提系统的工作原理,建立联合仿真模型,构建所提系统的试验平台,对所提系统的工作和能耗特性进行试验研究。试验结果表明,所提系统可平衡由闭式泵控单出杆液压缸造成的非对称流量,并实现动臂重力势能的回收,与原有阀控系统相比,最高可降低系统能耗47.19%。