《液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)能量回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真分析研究機(jī)械自動(dòng)化專業(yè)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)能量回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真分析研究機(jī)械自動(dòng)化專業(yè)（22頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)能量回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 摘 要 伴隨著世界經(jīng)濟(jì)的飛速成長,人類正在面臨著史無前例的難題。在這些危機(jī)當(dāng)中,能源方面無疑是很具代表性也很是嚴(yán)重的一個(gè)。為解決能源危機(jī),世界各國出臺(tái)了一系列政策扶持節(jié)能減排的發(fā)展，我國早已將相應(yīng)的節(jié)能減排納入到一系列發(fā)展規(guī)劃過程當(dāng)中，在此過程中為了確保其能得到全面徹底性的發(fā)展，愿意為世界范圍內(nèi)共同繁榮昌盛貢獻(xiàn)出一份力量，本文針對(duì)于挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)系統(tǒng)展開一系列節(jié)能性的研究，挖掘機(jī)在工程機(jī)械領(lǐng)域，應(yīng)用相對(duì)較廣，而且能量消耗極為嚴(yán)重。通過檢索國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)并對(duì)其進(jìn)行切實(shí)有效分析，總結(jié)歸納了當(dāng)前形勢(shì)下的各種各樣的節(jié)能方式，成功將能量收受接收管應(yīng)用到液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)

2、體系當(dāng)中。通過構(gòu)建切實(shí)有效的數(shù)學(xué)模型，對(duì)相應(yīng)的節(jié)能性，展開了一系列研究，并完成了相關(guān)仿真驗(yàn)證了理論的正確性。針對(duì)相關(guān)液壓參數(shù)以及工況環(huán)境所能夠帶來的一定節(jié)能性影響進(jìn)行了研究討論。通過模擬實(shí)驗(yàn)的形式對(duì)仿真探討的成果進(jìn)行了驗(yàn)證,為所提出的基于能量回收再利用的液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)的使用積攢了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)保障。 關(guān)鍵詞：能量回收再利用 節(jié)能 能量浪費(fèi) 液壓挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)液壓系 Design and Simulation of rotary energy recovery system for hydraulic excavator Abstr

3、act With the rapid growth of the world economy, mankind is facing an unprecedented problem. In these crises, energy is undoubtedly a very representative and very serious one. In order to solve the energy crisis, countries around the world have introduced a series of policies to support the develo

4、pment of energy conservation and emission reduction. China has already integrated the corresponding energy conservation and emission reduction into a series of development planning processes, in order to ensure its comprehensive and thorough development. We are willing to contribute to the common pr

5、osperity of the world. This paper is aimed at a series of energy-saving research on the excavator slewing system. The excavator is relatively widely used in the field of construction machinery, and the energy consumption is extremely serious. By retrieving related literatures at home and abroad and

6、analyzing them effectively, we summarized and summarized various energy-saving methods under the current situation, and successfully applied the energy receiving and receiving tubes to the hydraulic excavator system. Through the construction of effective mathematical models, a series of researches h

7、ave been carried out on the corresponding energy-saving, and the relevant simulations have been verified to verify the correctness of the theory. The research and discussion on the related energy-saving effects caused by relevant hydraulic parameters and working conditions were carried out. The resu

8、lts of the simulation were verified by the form of simulation experiments, and the experimental data guarantee was saved for the use of the hydraulic excavator rotary hydraulic system based on energy recovery. Key Words：energy recovery and reuse energy conservation energy waste rotary hyd

9、raulic system of hydraulic excavator 目錄 第一章 引 言 6 1.1 課題的背景及意義 6 1.2 國內(nèi)外研究狀況 7 1.2.1 國外研究狀況 7 1.2.2 國內(nèi)研究狀況 7 1.3 本文研究的主要內(nèi)容 8 第二章 系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)及模型建立 8 2.1 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 8 圖1 傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)原理圖 9 圖2 傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)泵出口、馬達(dá)進(jìn)／出口壓力曲線 9 圖3 具有制動(dòng)能量回收的回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)原理圖 10 2.2 液壓系統(tǒng)模型建立 11 2.2.1 液壓泵 11 2.2.2 蓄能器 11 2.2.3回轉(zhuǎn)馬達(dá)

10、 12 圖2.2.3回轉(zhuǎn)馬達(dá)模型 13 2.2.4液壓閥 13 式中： 13 表1 模型中主要參數(shù)取值表 13 第三章 能量釋放控制方法和能量分配策略 14 3.1流量確定 15 圖6 恒功率液壓泵泵壓力排量特性曲線 15 圖7 復(fù)合負(fù)流量動(dòng)力控制液壓泵排量控制特性曲線 15 3.2流量分配 16 第四章 仿真研究 16 4.1仿真結(jié)果 16 表1 具有制動(dòng)能量回收的液壓挖掘機(jī)關(guān)鍵部件型號(hào)參數(shù) 17 圖8 仿真模型的系統(tǒng)框圖 18 圖9泵出口、馬達(dá)進(jìn)／出口壓力、蓄能器壓力曲線 18 表2 滿載、空載時(shí)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的主要參數(shù)及仿真結(jié)果比較 19 4.2 系統(tǒng)性能分析

11、20 4.2.1再生制動(dòng)能量用于驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)的效率 20 圖12 系統(tǒng)總需求功率、蓄能器、液壓泵功率曲線 21 圖13 蓄能器與液壓泵提供的能量曲線 22 4.2.2轉(zhuǎn)臺(tái)操作性能 22 第五章 總結(jié) 22 參 考 文 獻(xiàn) 23 第一章 引 言 1.1 課題的背景及意義 全球范圍內(nèi)的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)呈現(xiàn)出飛速穩(wěn)態(tài)增長的趨勢(shì)，伴隨著各種各樣的問題接踵而來。在能源日趨緊缺的當(dāng)下，高效能的產(chǎn)物日趨受到人們親睞，節(jié)能方式一直是液壓范疇所重視的非常重要的課題。為了使相應(yīng)的能源危機(jī)問題有效渡過難關(guān)，全球范圍內(nèi)各個(gè)國家都針對(duì)于節(jié)能減排出臺(tái)了一系列相關(guān)政策。我國早已將相應(yīng)的節(jié)能減排納入到一系列

12、發(fā)展規(guī)劃過程當(dāng)中，在此過程中為了確保其能得到全面徹底性的發(fā)展，愿意為世界范圍內(nèi)共同繁榮昌盛貢獻(xiàn)出一份力量，由于挖掘機(jī)在工程機(jī)械領(lǐng)域應(yīng)用相對(duì)較廣，承載著重中之重的地位，但是其相應(yīng)的能耗相對(duì)較為嚴(yán)重，本文針對(duì)于挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)系統(tǒng)展開一系列節(jié)能性的研究。 與此同時(shí)相應(yīng)的工程機(jī)械對(duì)于任何一個(gè)國家的成長來講都是至關(guān)重要的，一個(gè)國家的成長歷程取決于這個(gè)國家的重工業(yè)的強(qiáng)弱。因此為了保證國家的發(fā)展，推動(dòng)工程機(jī)械的發(fā)展便成了重中之重。工程機(jī)械和液壓系統(tǒng)是分不開的，液壓系統(tǒng)是制造加工時(shí)的最基礎(chǔ)的工藝設(shè)備，在汽車、航空航天、軍工等各類行業(yè)都必須依靠液壓系統(tǒng)，因此液壓系統(tǒng)在我國未來的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。 液壓驅(qū)動(dòng)

13、形式的挖掘機(jī)，可以說在工程機(jī)械領(lǐng)域承載著重中之重的地位，它不僅能夠在惡劣的環(huán)境當(dāng)中勝任一系列工作任務(wù)，還能在一定程度上加快工程建設(shè)，但是相應(yīng)的能耗問題以及尾氣排放量需要引起足夠的關(guān)注，切實(shí)有效的節(jié)能減排措施，成為該領(lǐng)域所研究的熱點(diǎn)問題之一。 在挖掘機(jī)所有輪回過程當(dāng)中，相應(yīng)的反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所占據(jù)的周期份額相對(duì)較大，可達(dá)到5-7成左右，在此過程當(dāng)中也伴隨著2-4成的能量損耗，所產(chǎn)出的相關(guān)發(fā)熱量占據(jù)總量的3-4成左右，因此針對(duì)于反轉(zhuǎn)液壓體系進(jìn)行的能量收受接管方面的探究有較為主要的意義。 通過對(duì)國內(nèi)外相關(guān)方面的文獻(xiàn)進(jìn)行有效檢索并加以分析，總結(jié)歸納了當(dāng)前形勢(shì)下的各種各樣的節(jié)能方式，成功將能量收受接收

14、管應(yīng)用到液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)體系當(dāng)中。通過構(gòu)建切實(shí)有效的數(shù)學(xué)模型，對(duì)相應(yīng)的節(jié)能性，展開了一系列研究。 本文針對(duì)于回轉(zhuǎn)能量收受接管進(jìn)行挖掘機(jī)能量回收的相關(guān)研究并完成了相應(yīng)的仿真驗(yàn)證，在此過程中構(gòu)建出一類液壓蓄能器形式的儲(chǔ)能裝置，在此進(jìn)行自動(dòng)化能量回收體系的相關(guān)控制。根據(jù)蓄能器內(nèi)部相應(yīng)的壓力狀態(tài)、泵體出口處的壓力情況以及相應(yīng)的負(fù)流量壓力反饋在一定程度上作為相應(yīng)的有效輸入信號(hào)，除此之外，還引入了一系列正態(tài)分布函數(shù)，通過對(duì)負(fù)載相關(guān)功率的需求進(jìn)行切實(shí)有效的分析，在一定程度上采取負(fù)流量-恒功率的形式進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)力產(chǎn)出控制，并將所反饋的能量重新再次輸入到動(dòng)力供給當(dāng)中，即保證相應(yīng)的能量回收得以二次利用，這種能源二

15、次利用的形式在一定程度上可使操作機(jī)能不受任何影響，并且還伴隨著一定的效率提高。進(jìn)行有效更新完成后系統(tǒng)對(duì)能源利用加以提高變相的減少了資金的投入，對(duì)節(jié)約成本給與了很大的幫助。 1.2 國內(nèi)外研究狀況 1.2.1 國外研究狀況 在國際市場(chǎng)當(dāng)中挖掘機(jī)的性能方面已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了相對(duì)較高的水準(zhǔn)，在一些西方發(fā)達(dá)國家，都有各自的優(yōu)勢(shì)，其中日本在單斗液壓挖掘機(jī)方面做的相對(duì)較為出色也是重要的產(chǎn)出國之一。挖掘機(jī)的生產(chǎn)可以追溯到上世紀(jì)80年代，譬如美國瑪麗昂旗下的50~150立方米形式的挖掘機(jī)，其中比賽路斯-伊利旗下產(chǎn)出的168.2立方米的挖掘機(jī)是當(dāng)今現(xiàn)存最為巨大的挖掘機(jī)之一。在上世紀(jì)末期的時(shí)候，國際上的挖掘機(jī)形勢(shì)

16、逐漸趨于多元化以及自動(dòng)化。在此過程中，歐美等國家還推出了一系列壽命相關(guān)的設(shè)計(jì)理論依據(jù)。對(duì)此逐漸衍生出疲勞損傷累積論，有限元法以及相關(guān)疲勞分析等方面來研究，這就在無形之中，對(duì)工程機(jī)械的市場(chǎng)帶來一定的競(jìng)爭(zhēng)壓力。 從最近幾年的形勢(shì)來看，國外對(duì)挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)能量回收等方面的研究都呈現(xiàn)出熱火朝天的態(tài)勢(shì)。曾經(jīng)美國環(huán)保局聯(lián)合ford等一系列公司進(jìn)行液壓混合驅(qū)動(dòng)層面的優(yōu)化與分析。逐步展開了液壓輔助能量回收在一些相對(duì)較為大型的機(jī)車當(dāng)中的應(yīng)用，并得到了良好的效果，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在一些混合動(dòng)力汽車當(dāng)中的應(yīng)用每年可以節(jié)省大約1/4左右的燃油。在此過程中，我國針對(duì)一些公交車以及家用汽車，進(jìn)行了混合動(dòng)力改造。雖然相應(yīng)的節(jié)油

17、率沒有國外發(fā)達(dá)國家那么良好，但也體現(xiàn)出一定的節(jié)能減排效果，根據(jù)相關(guān)調(diào)查顯示，在這些應(yīng)用的過程當(dāng)中，倘若再引入蓄能器相應(yīng)的回收能量，可以實(shí)現(xiàn)有效驅(qū)動(dòng)的6成以上，相對(duì)而言這種液壓形式的儲(chǔ)能二次利用形式，成本相對(duì)較低，因此在未來可能會(huì)有相當(dāng)較為出色的發(fā)展前景。 1.2.2 國內(nèi)研究狀況 在我國實(shí)際上液壓體系的鉆研才方才起步，我國意識(shí)到了液壓體系對(duì)產(chǎn)業(yè)成長的重要意義抓緊了對(duì)液壓體系及其能量收受再利用的鉆研。針對(duì)于液壓機(jī)理儲(chǔ)能形式研究的科相關(guān)學(xué)者包括哈工大的姜繼海教授，在該領(lǐng)域的研究，不僅能將制動(dòng)所產(chǎn)生的熱能有效轉(zhuǎn)化為一定的能量并儲(chǔ)存起來，進(jìn)而為驅(qū)動(dòng)提供所需的動(dòng)能，能量回收利用的原則在一定程度上不對(duì)

18、相關(guān)操作機(jī)能帶來任何影響，在這樣的前提下，又能保證操作穩(wěn)定可靠，而且相應(yīng)的效率有所提高。除此之外還要保證相關(guān)回傳運(yùn)動(dòng)能夠平穩(wěn)運(yùn)行，在制動(dòng)方面要有一定的快速性且不會(huì)伴隨相應(yīng)的震顫現(xiàn)象，在能量收受接管方面所展開的一系列具體研究可以歸結(jié)為： 一、體系結(jié)構(gòu)與原理設(shè)計(jì); 二、部件選型與參數(shù)立室優(yōu)化;三，負(fù)載圖形分辨與功率匹配;四、能量收受接管與分派節(jié)制管理。 1.3 本文研究的主要內(nèi)容 液壓形式的挖掘機(jī)在一定程度上可以發(fā)揮出巨大的動(dòng)力，確保工程施工能夠有效實(shí)施，正是由于其攜帶這種特性在一系列工程應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用相對(duì)較為廣泛，但是美中不足，也伴隨著能耗相對(duì)較高污染相對(duì)較為嚴(yán)重的問題。根據(jù)調(diào)查顯示，傳統(tǒng)形

19、式的液壓挖掘機(jī)其總體的能源利用率，僅僅為1~2成左右。能量損耗形式相對(duì)較為復(fù)雜在進(jìn)行節(jié)能化處理的過程當(dāng)中具備重要的社會(huì)效益，因此，液壓挖掘機(jī)的能耗困難亟待解決，液壓挖掘機(jī)的節(jié)能探討日趨緊急?；诖耍瑸闇p少液壓挖掘機(jī)的能量浪費(fèi)、實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的，我選擇這個(gè)課題來研究液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)能量回收體系的仿真和計(jì)劃。 具體研究手段；通過閱讀大量的國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料來了解認(rèn)識(shí)國內(nèi)外液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)能量回收系統(tǒng)的仿真和設(shè)計(jì)的進(jìn)度，以此為參考設(shè)計(jì)課題相關(guān)的系統(tǒng)。 預(yù)期研究成果：本文估計(jì)在對(duì)液壓體系能量接收方面舉行一系列的更新以及提升能量接收和能量利用率，改進(jìn)后的液壓系統(tǒng)在能量的使用以及能量的回收方面相較于之前的系

20、統(tǒng)將更具備優(yōu)勢(shì)。在能量節(jié)約方面該系統(tǒng)變相的節(jié)省了成本，節(jié)約了資源更加的貼近當(dāng)今社會(huì)的主流趨勢(shì)。為我國將來的工業(yè)成長提供重多重要經(jīng)驗(yàn)。 第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及相應(yīng)的模型構(gòu)建 2.1 關(guān)于液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)原理 傳統(tǒng)形式的液壓挖掘機(jī)相關(guān)原理如圖1所示，在其內(nèi)部的反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在起步初期相應(yīng)的反轉(zhuǎn)阻力距在一定程度上受到一定的坡度以及風(fēng)力的重大影響，馬達(dá)內(nèi)部的反轉(zhuǎn)制動(dòng)力距可以通過對(duì)緩沖防扒進(jìn)行有效調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制。 圖1 傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)形式液壓系統(tǒng)示意圖 對(duì)此針對(duì)于一次反轉(zhuǎn)進(jìn)行相應(yīng)的Matlab圖形仿真，如圖2所示，

21、可以得到一系列仿真曲線圖。當(dāng)撥動(dòng)操作手柄9, 使相應(yīng)的多路閥4工作在右側(cè)的時(shí)候，在此過程中，多路閥相應(yīng)的開口面積逐漸上升至頂峰，隨著泵體內(nèi)部的壓力，逐漸增大相應(yīng)的馬達(dá)進(jìn)口處的壓力也不斷上升，無形之中就造成進(jìn)出口之間的家里差值逐漸上升，這邊有效促使馬達(dá)逐步啟動(dòng)便實(shí)現(xiàn)正向運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)操作手柄9,在中間位置工作過程當(dāng)中，相應(yīng)多路閥的開口面積逐漸降低直至達(dá)到關(guān)閉狀態(tài)，在一定的慣性力矩干擾下，相應(yīng)馬達(dá)出口處的壓力逐漸上升，造成進(jìn)出口壓差，逐漸下降，一直到實(shí)現(xiàn)負(fù)值的狀態(tài)。在此過程中，馬達(dá)便會(huì)在制動(dòng)力矩的作用下實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的制動(dòng)，伴隨著一定的熱能相應(yīng)的產(chǎn)出。 根據(jù)對(duì)馬達(dá)進(jìn)出口壓差進(jìn)行有效識(shí)別，并對(duì)相應(yīng)的能量回收進(jìn)

22、行全過程的液壓自動(dòng)控制，相應(yīng)的原理圖如圖3所示，當(dāng)相應(yīng)的挖掘機(jī)處于減速制動(dòng)過程當(dāng)中，系統(tǒng)內(nèi)部所需的功率相對(duì)較為低下，此時(shí)蓄能器正處于收受接管制動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)馬達(dá)進(jìn)出口的壓差達(dá)到一定的數(shù)量級(jí)以后，也就是反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換閥8所預(yù)先設(shè)定的數(shù)量級(jí)，此刻轉(zhuǎn)換閥8相應(yīng)呈現(xiàn)封鎖狀態(tài)，在泵體運(yùn)作的情況下，使其不斷對(duì)高壓油液進(jìn)行有效儲(chǔ)存，與此同時(shí)，蓄能器內(nèi)部的相關(guān)壓力也會(huì)不斷的上升，一旦達(dá)到卸荷閥7所預(yù)先設(shè)定的壓力值以后，其就呈現(xiàn)出打開的狀態(tài)，即可通過此回路將返回到油箱內(nèi)部，在此過程中系統(tǒng)整體所需的功率相對(duì)較大，必須確保主輔動(dòng)力源切實(shí)有效配合才能確保相應(yīng)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)能夠有效實(shí)施，蓄能器便呈現(xiàn)出開釋的狀態(tài)，在此過程中，再對(duì)相應(yīng)

23、的流量進(jìn)行有效分配，便能使反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。 圖2 傳統(tǒng)形式泵出口、馬達(dá)進(jìn)／出口壓力變化曲線 圖3 具備能量回收的回轉(zhuǎn)液壓示意圖 2.2 構(gòu)建液壓系統(tǒng)模型 2.2.1 關(guān)于液壓泵 如圖4所示，呈現(xiàn)出負(fù)流量-恒功率動(dòng)力控制示意圖。在此過程中可以將多路閥進(jìn)一步簡化其結(jié)果可以歸結(jié)為A、B、C三個(gè)可變形式的節(jié)流口。根據(jù)傳統(tǒng)形式的負(fù)流量動(dòng)力控制在一定程度上進(jìn)行相應(yīng)的壓力排量的配置，確保先導(dǎo)油路當(dāng)中的減壓閥開口面積可以得到實(shí)時(shí)性有效調(diào)節(jié)。在此過程中有效憑借出口壓力的變化進(jìn)行相應(yīng)液壓泵排量的有效調(diào)控，以模擬負(fù)流量-恒功率動(dòng)力控制，值得注意的是需要

24、確保旁路回油量保持相對(duì)恒定，最大限度的降低旁路節(jié)流損失。 圖4 負(fù)流量－恒功率動(dòng)力控制示意圖 2.2.2 關(guān)于蓄能器 系統(tǒng)當(dāng)中的相應(yīng)的蓄能器采用氣囊形式的蓄能器，根據(jù)相應(yīng)的理想氣體方程可知：其中：代表蓄能器內(nèi)部的氣壓；代表相應(yīng)的氣體體積；代表預(yù)加體積參數(shù)；代表內(nèi)部初始體積參數(shù)為；代表相應(yīng)的氣體指數(shù)，內(nèi)部的氣體為氮?dú)猓\(yùn)作的過程當(dāng)中進(jìn)行快速能量釋放，當(dāng)具體運(yùn)作環(huán)境為絕熱情況下，取。 相應(yīng)連接短管位置附近的平衡方程如下所示： 其中：代表管路入口處的壓力大小，代表短管內(nèi)部的液阻，代表蓄能器當(dāng)中的具體流量大小，代表短管的截

25、面面積。 在此過程當(dāng)中倘若將相應(yīng)的泄露忽略掉不計(jì)，則相應(yīng)的連續(xù)方程可以表示為： 其中：代表入口位置處相應(yīng)的體積流量，代表馬達(dá)出口到相應(yīng)蓄能器之間的體積數(shù)值。代表相應(yīng)的儲(chǔ)能狀況，在此過程當(dāng)中經(jīng)常用等形式代表相關(guān)參數(shù)變量，有效利用的相關(guān)動(dòng)態(tài)特性引申出一系列動(dòng)態(tài)信號(hào)輸入，進(jìn)而對(duì)進(jìn)行替代。 式中：代表所能承受的最大壓力值。 2.2.3關(guān)于回轉(zhuǎn)馬達(dá) 回轉(zhuǎn)馬達(dá)進(jìn)／出口的流量方程如下 式中： 結(jié)合當(dāng)中的馬達(dá)力矩穩(wěn)定方程，在當(dāng)中搭建仿真模塊進(jìn)行相應(yīng)的仿真工作，如圖2.2.3所示，需要著手考慮空載以及滿載兩個(gè)工況。 圖2.2.3回轉(zhuǎn)馬達(dá)

26、仿真結(jié)構(gòu)圖 2.2.4關(guān)于液壓閥 在回轉(zhuǎn)制動(dòng)能量回收的過程當(dāng)中在一定程度上可供選擇的閥相對(duì)較為廣泛，值得注意的是其口部節(jié)流問題。具體的流量計(jì)算為： 其中： 相應(yīng)的反轉(zhuǎn)換向閥必須在一定程度上引入相應(yīng)的壓力差進(jìn)行切實(shí)有效的分辨比較來操控其通斷。 其中： 。 如表1所示將各項(xiàng)參數(shù)具體數(shù)值呈現(xiàn)出來，液壓系統(tǒng)圖形在一定程度上能夠用進(jìn)行一定的能量回收，除了泵體以及相應(yīng)的馬達(dá)以外在當(dāng)中建立起的相關(guān)仿真圖如圖2.2.4所示。 表1 模型中各項(xiàng)參數(shù)取值分析 參數(shù) 數(shù)

27、值 參數(shù) 數(shù)值 圖2.2.4能量回收仿真模型框圖 第三章 關(guān)于能量釋放相關(guān)控制方法以及分配方式 為了確保相應(yīng)的制動(dòng)能量能夠得到妥善釋放，在此過程中，需要有效協(xié)調(diào)各部分動(dòng)力源的能量分配問題。在確保系統(tǒng)能夠保持原始狀態(tài)相對(duì)較為良好的操縱機(jī)能情況下，在一定程度上講，泵體出口壓力，以及負(fù)流量反饋壓力作為相應(yīng)的輸入信號(hào)。并對(duì)相應(yīng)的負(fù)載情況進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)，基于負(fù)流量，恒功率動(dòng)力控制方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)比例調(diào)速閥的相應(yīng)控制，具體的控制手段也就是控制相應(yīng)的開口面積。相應(yīng)的控制策略框圖如圖5所示。 圖5 液壓挖掘機(jī)回

28、轉(zhuǎn)制動(dòng)能量回收控制策略框圖 關(guān)于能量分配方面可以歸結(jié)為以下幾點(diǎn)：第一級(jí)也就是針對(duì)流量進(jìn)行相關(guān)認(rèn)定，在此過程中憑借負(fù)載以及先導(dǎo)壓力進(jìn)行切實(shí)有效的動(dòng)力控制，進(jìn)而對(duì)原有的液壓控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有效的替代，第二級(jí)也就是所謂的流量分配方面。在這部分當(dāng)中引入相應(yīng)的正態(tài)分布函數(shù)，進(jìn)而促使享有流量的合理性配備，使系統(tǒng)相應(yīng)的節(jié)能效率達(dá)到相對(duì)較為完善的程度。 3.1流量確定 所謂的能量開釋分配控制需要全面依托于負(fù)流量反饋壓力操控曲線，進(jìn)而在一定程度上確保泵體與相應(yīng)的蓄能器實(shí)現(xiàn)恒功率負(fù)流量動(dòng)力調(diào)控，液壓形式的挖掘機(jī)本身是采取雙泵雙回路形式的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。在進(jìn)行仿真的過程當(dāng)中僅僅考慮回轉(zhuǎn)動(dòng)作，在此過程中，可以采取

29、將一半的功率用于實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)。 如圖6所示，呈現(xiàn)出相應(yīng)的壓力參數(shù)以及恒功率情況下的排量變化，代表恒功率下的相應(yīng)流量，如圖7所示呈現(xiàn)出負(fù)流量壓力反饋以及相應(yīng)排量之間的聯(lián)系。 式中：代表傳統(tǒng)形式下的負(fù)流量壓力大小；b代表復(fù)合負(fù)流量下的壓力補(bǔ)償，在一定程度上取決于減壓閥所限制的壓力大小，通過查閱相關(guān)資料相應(yīng)的取值為。 復(fù)合負(fù)流量具體的操控可以歸結(jié)為：1）當(dāng) 時(shí)，；2）當(dāng)1MPa＜pi≤4MPa時(shí)，＝（4／3）－（1／3）（－）－／3，其中 圖6 恒功率液壓泵泵壓力排量特性曲線 圖7 復(fù)合負(fù)流量動(dòng)力控制液壓泵排量控制特性曲線 為泵最小體積流量；3）當(dāng)pi＞4MPa時(shí)，＝。此時(shí)，體系實(shí)現(xiàn)了復(fù)

30、合恒功率－負(fù)流量動(dòng)力操控。 3.2相應(yīng)的流量分配 在回轉(zhuǎn)系統(tǒng)進(jìn)行加速的過程當(dāng)中，首要任務(wù)就需要對(duì)蓄能器進(jìn)行一定的高壓油判斷，確保在啟動(dòng)過程中有充分的油液用于加速回轉(zhuǎn)。除此之外，還要對(duì)相應(yīng)的蓄能器內(nèi)部以及泵體輸出端的壓力進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)。節(jié)能效率在一定程度上與蓄能器的供給能量存在一定的正比例關(guān)系，因此就可以將效率問題有效轉(zhuǎn)化為流量釋放問題。與此同時(shí)，還要有效避免油液隨沿途的壓力降低而逐步喪失，當(dāng)蓄能器內(nèi)部的壓力與主泵當(dāng)中的差值相對(duì)較大時(shí)，就需要對(duì)由頁的開始量進(jìn)行一定的減弱，反之則增強(qiáng)。 代表所選用的蓄能器內(nèi)部的體積流量大小，代表液壓泵供給側(cè)，體積流量總體需求具體由來表示 ，。代表相應(yīng)的占比，針

31、對(duì)于進(jìn)行切實(shí)有效的限制即、；其中代表蓄能器內(nèi)部的壓差的最大值。進(jìn)一步完善相應(yīng)的能力分配具體操作如下所示：1）當(dāng)≤時(shí)，＿＝0；當(dāng)＞時(shí)，＿1 ＝1；當(dāng)≥時(shí)，制動(dòng)能量回收得到抑制。2）當(dāng) ≤0 或 ＞時(shí)， ＿2＝0；當(dāng)0＜≤時(shí)，所謂的能量開釋遵循相應(yīng)的正態(tài)分布形式，譬如：＝＿×＿針對(duì)于以上兩種情況進(jìn)行切實(shí)有效分析便可得到相應(yīng)的流量比例。 可以通過調(diào)節(jié)、、 這三項(xiàng)參數(shù)的手段，進(jìn)而在一定程度上滿足不同情況下的負(fù)載需求，在此過程當(dāng)中可以對(duì)相應(yīng)的能量開釋量進(jìn)行切實(shí)有效的把控?？梢栽谝欢ǔ潭壬夏軌蚣铀匍_釋的動(dòng)作，在負(fù)載壓力不盡相同的各種情況想可以基于進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)優(yōu)化，一旦挖掘機(jī)的承載能力發(fā)生變化便會(huì)對(duì)相應(yīng)

32、的值產(chǎn)生一定的影響，也可以通過改變的數(shù)值來對(duì)不同工況進(jìn)行加以限制。只有對(duì)以上三項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行切實(shí)有效的選取，才能保證相應(yīng)的值在半成以內(nèi)進(jìn)行相應(yīng)的波動(dòng)，通過多次反轉(zhuǎn)模擬分析以后，得知相應(yīng)的也會(huì)呈現(xiàn)出逐步遞增的趨勢(shì)，當(dāng)＝時(shí)，蓄能器終止運(yùn)作，也就是終止進(jìn)行相關(guān)能量的回收。直到完成一個(gè)有效循環(huán)以后，進(jìn)入到新的接管加速階段，下降至以下便可實(shí)現(xiàn)再次能量回收。 第四章 仿真研究 4.1仿真結(jié)果 在挖掘機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的各個(gè)周期內(nèi)進(jìn)行切實(shí)有效的選取，主要選取相對(duì)較為典型的工況環(huán)境周期，讓其進(jìn)行相應(yīng)的反轉(zhuǎn)，并執(zhí)行有效計(jì)數(shù)，在此過程當(dāng)中明確規(guī)定鏟子分別實(shí)現(xiàn)兩次空載以及滿載并完成相應(yīng)的回轉(zhuǎn)動(dòng)作才可稱之為一個(gè)周期，需要明確上

33、車重量數(shù)值不盡相同。當(dāng)時(shí)間在零到以秒這個(gè)區(qū)間內(nèi)，不運(yùn)轉(zhuǎn)，一秒到三點(diǎn)五秒?yún)^(qū)間內(nèi)滿載快速運(yùn)轉(zhuǎn)；接下來到五秒這段區(qū)間執(zhí)行相應(yīng)的滿載制動(dòng)，隨后九秒到十一點(diǎn)五秒這段區(qū)間執(zhí)行空載快速運(yùn)轉(zhuǎn)，隨后在十一點(diǎn)五秒到十三秒的過程當(dāng)中執(zhí)行空載減慢制動(dòng)，總體周期在十五秒左右，沒有加以解釋說明的區(qū)間代表不運(yùn)轉(zhuǎn)。 選取承載能力為的挖掘機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的仿真，在此過程中約束過載緩沖壓力為，各項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)呈現(xiàn)在表1當(dāng)中。 液壓泵 回轉(zhuǎn)馬達(dá) 及減速機(jī) 蓄能器 :排量為；最大體積流量為；最小體積流量為；、時(shí)，最大功率為。 :排量為。反轉(zhuǎn)減速機(jī)

34、減速比為；反轉(zhuǎn)減速機(jī)齒數(shù)為，反轉(zhuǎn)支承齒數(shù)為。 :，；最小工作壓力， ； ， 表1 關(guān)于制動(dòng)能量回收相關(guān)的重要參數(shù)指標(biāo) 圖形首要在一定程度上可以歸結(jié)為蓄能器、液控框架以及相應(yīng)的控制器，如圖8所示呈現(xiàn)出相應(yīng)的仿真框圖，在圖中可以清晰地得出相應(yīng)的仿真結(jié)果，即單位回轉(zhuǎn)情況下所完成的相應(yīng)能量回收，在一定程度上能夠造成壓力上升大約為，在此過程當(dāng)中要確保相應(yīng)的高壓油能夠切實(shí)有效得以完全釋放，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可知在對(duì)相應(yīng)的期望值進(jìn)行選取的過程中，可以盡量大于一定的蓄能器壓差，在本設(shè)計(jì)的仿真系統(tǒng)當(dāng)中，，，滿載以及空載情況下數(shù)值不盡相同，分別為，，，＝。具體的仿真結(jié)果曲線如圖以及表所示。 圖9泵

35、出口以及馬達(dá)進(jìn)、出口壓力以及蓄能器壓力變化曲線 圖10 蓄能器能量釋放比例變化曲線、流量釋放變化曲線以及SOP曲線F 負(fù)荷 狀態(tài) / J/ / / 滿載 14716.4 139270.7 10.08 7.51 883.0 空載 12556.4 123971.3 9.43 7.85 922.9 負(fù)荷 狀態(tài) 滿載 0.42 2.1 43.0 18.6 43.3 13.9 空載 0.35 1.5 44.0 24.9 56.6 18.8 表2 滿載、空載時(shí)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的主要參數(shù)及仿真結(jié)果比較

36、 如圖9所示分別呈現(xiàn)出泵體出口壓力、馬達(dá)進(jìn)出口壓力以及蓄能器內(nèi)部壓力變化曲線?？梢詫?duì)相應(yīng)單向閥的壓力丟失進(jìn)行忽略，馬達(dá)不發(fā)生相對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)的過程當(dāng)中，其與蓄能器之間保持相通的狀態(tài)，在此過程當(dāng)中二者內(nèi)部的壓力基本保持一致，一旦發(fā)生相應(yīng)的加速，便會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的蓄能器進(jìn)行壓力釋放，與此同時(shí)能夠與泵體進(jìn)行協(xié)作提供動(dòng)力，在圖10當(dāng)中可以看出，一旦馬達(dá)進(jìn)入減速制動(dòng)階段，其出口就會(huì)與相應(yīng)的蓄能器保持相通的狀態(tài)，造成內(nèi)部壓力不斷提升。幾乎滿載以及空載能夠基本持平，僅僅存在微小變化，需要注意的是相應(yīng)的蓄能器壓力大小約為，也就是說的數(shù)值大小為，在圖10當(dāng)中，單位運(yùn)轉(zhuǎn)周期完成以后，其相應(yīng)的數(shù)值便會(huì)提高到，比上一個(gè)時(shí)期同比

37、增長了，最終得以實(shí)現(xiàn)蓄能器內(nèi)部壓力在半成左右的浮動(dòng)目標(biāo)。 4.2 系統(tǒng)性能方面的分析 4.2.1關(guān)于再生制動(dòng)能量能夠用到回轉(zhuǎn)當(dāng)中的效率 圖形中相應(yīng)的轉(zhuǎn)臺(tái)所具備的整體制動(dòng)能量大約是式中：n為反轉(zhuǎn)馬達(dá)最大轉(zhuǎn)速，為反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，為反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)角速度，為反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速。蓄能器收受接受并釋放用于驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)的能量： 再生制動(dòng)能量用于驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)的效率為： 根據(jù)表1的各項(xiàng)數(shù)據(jù)可以看出，反轉(zhuǎn)過程當(dāng)中的傳動(dòng)比大約為 ，再結(jié)合圖11所示的結(jié)果，便可得到相應(yīng)的馬達(dá)極限轉(zhuǎn)速大小。圖12當(dāng)中呈現(xiàn)出了整體所需的功勞大小，當(dāng)功率在一定程度上進(jìn)行累積時(shí)即可得到相應(yīng)的能量變化曲線，結(jié)合圖12所示，當(dāng)處于滿載的情形下，，，再生

38、出來的部分能量轉(zhuǎn)化到反轉(zhuǎn)過程當(dāng)中的效率約為。同理可得，空載情形下 。即可進(jìn)行相應(yīng)的求解 1）回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)作為單獨(dú)執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)的節(jié)能效率。 液壓泵提供的能量為： 系統(tǒng)內(nèi)部整體需求大約為：便可得到相應(yīng)的節(jié)能效率 圖11 轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速以及相應(yīng)回轉(zhuǎn)角變化曲線 圖12 整體需求、蓄能器以及液壓泵功率變化曲線 圖13 蓄能器與液壓泵所能供給的能量變化曲線 如圖13所示，可以得知一旦回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)在一定程度上成為單體執(zhí)行機(jī)構(gòu)，滿載情形下，整體需求達(dá)到，所能呈現(xiàn)出的節(jié)能效率大約為；空載情形下，整體需求達(dá)到，所能呈現(xiàn)出的節(jié)能效率大約為；在這種相對(duì)較為典型的條件下蓄能器可

39、以提供出的極限能力大約為，整體所需能量大約為，相應(yīng)的節(jié)能率大約是。 4.2.2轉(zhuǎn)臺(tái)操作性能 根據(jù)圖11所呈現(xiàn)出的轉(zhuǎn)角曲線進(jìn)行切實(shí)有效的對(duì)比，倘若工況相同，傳統(tǒng)形式的反轉(zhuǎn)液壓挖掘機(jī)分別在滿載以及空載情形下的反轉(zhuǎn)制動(dòng)周期分別為，相應(yīng)的制動(dòng)反轉(zhuǎn)角大約為，滿載的情況下，鐵鏟與反向回轉(zhuǎn)中心之間的間距大約為，操縱桿與相應(yīng)的鐵鏟制動(dòng)位置之間的間距大約為；空載的情形下，相應(yīng)的與分別為。引入能量回收體系以后，基于相應(yīng)傳統(tǒng)形式的功率需求進(jìn)行相應(yīng)的能量供給，流量輸出特性與其劃一。倘若實(shí)現(xiàn)同樣的轉(zhuǎn)角，對(duì)于相應(yīng)手柄的操作時(shí)刻基本保持一致，故對(duì)之前的操作機(jī)能不會(huì)產(chǎn)生任何影響。 第五章 總結(jié) 在當(dāng)今社會(huì)主要趨勢(shì)為大

40、力發(fā)展節(jié)約能源，大力減少能源浪費(fèi)的大背景下，液壓技術(shù)作為一個(gè)國家工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)等方面的重要一環(huán)更應(yīng)積極與當(dāng)今社會(huì)趨勢(shì)靠攏。 本文對(duì)國內(nèi)外相關(guān)液壓技術(shù)進(jìn)行了切實(shí)有效的分析，對(duì)未來的發(fā)展以及研究方向?qū)崿F(xiàn)有效把控，針對(duì)于液壓回轉(zhuǎn)能量進(jìn)行回收的緣由進(jìn)行了相關(guān)解釋說明。趨向與在根源上解決能源浪費(fèi)以及再能源利用，通過液壓回轉(zhuǎn)能量的回收進(jìn)行能源的再次利用積極的響應(yīng)了國家的號(hào)召。 對(duì)體系原理進(jìn)行了介紹同時(shí)對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行了理想建模。經(jīng)過對(duì)液壓挖掘機(jī)典型反轉(zhuǎn)工況的闡發(fā)，提出一種液壓挖掘機(jī)的反轉(zhuǎn)制動(dòng)能量接收與再利用的體系結(jié)構(gòu)。從回轉(zhuǎn)馬達(dá)負(fù)載、蓄能器SOP以及負(fù)流量反饋壓力著手分析，構(gòu)建在滿載、空載回轉(zhuǎn)時(shí)的能量

41、回收液壓系統(tǒng)、蓄能器以及能量釋放分配控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。從再生制動(dòng)能量到驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率、節(jié)能效率、轉(zhuǎn)臺(tái)操作性能三方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析。仿真結(jié)果表明，引入反轉(zhuǎn)制動(dòng)能量接收系統(tǒng)的液壓挖掘機(jī)，當(dāng)以 反轉(zhuǎn)作為單獨(dú)執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)，在不影響操作機(jī)能的基礎(chǔ)上，再生制動(dòng)能量到驅(qū)動(dòng)體系的效率能夠達(dá)到50％左右，使體系節(jié)能16％以上，實(shí)現(xiàn)回收能量主動(dòng)貯藏與再利用，實(shí)現(xiàn)了真正的節(jié)儉能量和減少排放。通過此次設(shè)計(jì)收獲不少，由于經(jīng)驗(yàn)不足有很多知識(shí)也只是理論，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)沒有細(xì)致的計(jì)算，不斷改進(jìn)下解決了很多設(shè)計(jì)過程中困擾的小問題。總而言之整體設(shè)計(jì)過程當(dāng)中受益良多，學(xué)會(huì)了如何獨(dú)自的解決題目以及快速的對(duì)問題進(jìn)行辨析。 國家應(yīng)該加大對(duì)

42、液壓技術(shù)的推廣力度，尤其是機(jī)械方面比較優(yōu)秀的學(xué)校要加強(qiáng)推廣畢竟這是培養(yǎng)國家未來人才的地方。傳統(tǒng)的液壓技術(shù)在能源再利用上有很大的欠缺，在加入了新的回轉(zhuǎn)能量的回收技術(shù)后可大幅度減少能源的損耗。學(xué)校應(yīng)該普及液壓技術(shù)的學(xué)習(xí)以及應(yīng)用，國家應(yīng)該結(jié)合學(xué)校的教育大力推動(dòng)各研究機(jī)構(gòu)對(duì)液壓挖掘機(jī)能源回收再利用進(jìn)行研究。 參 考 文 獻(xiàn) 1） [1]陳正雄，傅駿宇，張曉剛，程珩，權(quán)龍.液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)制動(dòng)能量電液回收系統(tǒng)[J].機(jī)床與液壓，2018，46（24）：1-8 2） [2]楊英.液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)支承安裝座焊接工藝的改進(jìn)[J]工程機(jī)械與維修，2018（06）：68-69 3） [3]戴立明，王正.混

43、合動(dòng)力挖掘機(jī)節(jié)能系統(tǒng)[J]科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2018（34）：112-113. 4） [4]姚明星，吳文海，秦劍，孫磊?；陔娨簠f(xié)調(diào)式液壓挖掘機(jī)復(fù)動(dòng)作用工況下能量回收系統(tǒng)研究[J].機(jī)床與液壓,2018，46(10):54-59. 5） [5]劉晉霞，焦志愿，王于，李慶燁.液壓挖掘機(jī)能量回收與利用系統(tǒng)的研究進(jìn)展[J].液壓與氣功，2018（05）：81-87. 6） [6]梁濤.變轉(zhuǎn)速動(dòng)力源及容腔獨(dú)立控制液壓挖掘機(jī)特性研究進(jìn)展[D].太原理工大學(xué)，2018. 7） [7]傅文博.基于電機(jī)驅(qū)動(dòng)定量泵的挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)研究[D].太原科技大學(xué)，2018. 8） [8]顏韻琪，胥云，王浦全，胡勇.大型液壓挖掘機(jī)閉式回轉(zhuǎn)系統(tǒng)研究[J].機(jī)床與液壓，2018.46（02）：67-70+77. 9） [9]王緒橋，郇秀榮，鮑廷朋，朱廣亮.液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置裝配難點(diǎn)及解決方法[J].工程機(jī)械與維修，2018（01）：88-89 10） [10]吳文海，譚萬秋，王國志，柯堅(jiān)，姚明星.液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)系統(tǒng)能量回收研究[J].機(jī)床與液壓，2017，45（17）：124-128. 11） [11]鄭庭，賀元成，洪震，顏韻琪.挖掘機(jī)多泵液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真研究回轉(zhuǎn)系統(tǒng)能量回收研究[J].機(jī)床與液壓，2017，45（16）：103-107.