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1、液壓挖掘機回轉(zhuǎn)能量回收系統(tǒng)設計與仿真 摘 要 伴隨著世界經(jīng)濟的飛速成長,人類正在面臨著史無前例的難題。在這些危機當中,能源方面無疑是很具代表性也很是嚴重的一個。為解決能源危機,世界各國出臺了一系列政策扶持節(jié)能減排的發(fā)展，我國早已將相應的節(jié)能減排納入到一系列發(fā)展規(guī)劃過程當中，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)共同繁榮昌盛貢獻出一份力量，本文針對于挖掘機回轉(zhuǎn)系統(tǒng)展開一系列節(jié)能性的研究，挖掘機在工程機械領域，應用相對較廣，而且能量消耗極為嚴重。通過檢索國內(nèi)外相關文獻并對其進行切實有效分析，總結(jié)歸納了當前形勢下的各種各樣的節(jié)能方式，成功將能量收受接收管應用到液壓挖掘機回轉(zhuǎn)

2、體系當中。通過構(gòu)建切實有效的數(shù)學模型，對相應的節(jié)能性，展開了一系列研究，并完成了相關仿真驗證了理論的正確性。針對相關液壓參數(shù)以及工況環(huán)境所能夠帶來的一定節(jié)能性影響進行了研究討論。通過模擬實驗的形式對仿真探討的成果進行了驗證,為所提出的基于能量回收再利用的液壓挖掘機回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)的使用積攢了實驗數(shù)據(jù)保障。 關鍵詞：能量回收再利用 節(jié)能 能量浪費 液壓挖掘機的回轉(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)原理設計及模型建立 8 2.1 液壓系統(tǒng)設計原理 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、馬達進／出口壓力曲線 9 圖3 具有制動能量回收的回轉(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

10、 12 圖2.2.3回轉(zhuǎn)馬達模型 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 復合負流量動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 具有制動能量回收的液壓挖掘機關鍵部件型號參數(shù) 17 圖8 仿真模型的系統(tǒng)框圖 18 圖9泵出口、馬達進／出口壓力、蓄能器壓力曲線 18 表2 滿載、空載時回轉(zhuǎn)機構(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再生制動能量用于驅(qū)動回轉(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)臺操作性能 22 第五章 總結(jié) 22 參 考 文 獻 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)濟形勢呈現(xiàn)出飛速穩(wěn)態(tài)增長的趨勢，伴隨著各種各樣的問題接踵而來。在能源日趨緊缺的當下，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。為了使相應的能源危機問題有效渡過難關，全球范圍內(nèi)各個國家都針對于節(jié)能減排出臺了一系列相關政策。我國早已將相應的節(jié)能減排納入到一系列

12、發(fā)展規(guī)劃過程當中，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)共同繁榮昌盛貢獻出一份力量，由于挖掘機在工程機械領域應用相對較廣，承載著重中之重的地位，但是其相應的能耗相對較為嚴重，本文針對于挖掘機回轉(zhuǎn)系統(tǒng)展開一系列節(jié)能性的研究。 與此同時相應的工程機械對于任何一個國家的成長來講都是至關重要的，一個國家的成長歷程取決于這個國家的重工業(yè)的強弱。因此為了保證國家的發(fā)展，推動工程機械的發(fā)展便成了重中之重。工程機械和液壓系統(tǒng)是分不開的，液壓系統(tǒng)是制造加工時的最基礎的工藝設備，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)展起著至關重要的作用。 液壓驅(qū)動

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

14、管應用到液壓挖掘機回轉(zhuǎn)體系當中。通過構(gòu)建切實有效的數(shù)學模型，對相應的節(jié)能性，展開了一系列研究。 本文針對于回轉(zhuǎn)能量收受接管進行挖掘機能量回收的相關研究并完成了相應的仿真驗證，在此過程中構(gòu)建出一類液壓蓄能器形式的儲能裝置，在此進行自動化能量回收體系的相關控制。根據(jù)蓄能器內(nèi)部相應的壓力狀態(tài)、泵體出口處的壓力情況以及相應的負流量壓力反饋在一定程度上作為相應的有效輸入信號，除此之外，還引入了一系列正態(tài)分布函數(shù)，通過對負載相關功率的需求進行切實有效的分析，在一定程度上采取負流量-恒功率的形式進行相應的動力產(chǎn)出控制，并將所反饋的能量重新再次輸入到動力供給當中，即保證相應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能不受任何影響，并且還伴隨著一定的效率提高。進行有效更新完成后系統(tǒng)對能源利用加以提高變相的減少了資金的投入，對節(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 在國際市場當中挖掘機的性能方面已經(jīng)實現(xiàn)了相對較高的水準，在一些西方發(fā)達國家，都有各自的優(yōu)勢，其中日本在單斗液壓挖掘機方面做的相對較為出色也是重要的產(chǎn)出國之一。挖掘機的生產(chǎn)可以追溯到上世紀80年代，譬如美國瑪麗昂旗下的50~150立方米形式的挖掘機，其中比賽路斯-伊利旗下產(chǎn)出的168.2立方米的挖掘機是當今現(xiàn)存最為巨大的挖掘機之一。在上世紀末期的時候，國際上的挖掘機形勢

16、逐漸趨于多元化以及自動化。在此過程中，歐美等國家還推出了一系列壽命相關的設計理論依據(jù)。對此逐漸衍生出疲勞損傷累積論，有限元法以及相關疲勞分析等方面來研究，這就在無形之中，對工程機械的市場帶來一定的競爭壓力。 從最近幾年的形勢來看，國外對挖掘機回轉(zhuǎn)能量回收等方面的研究都呈現(xiàn)出熱火朝天的態(tài)勢。曾經(jīng)美國環(huán)保局聯(lián)合ford等一系列公司進行液壓混合驅(qū)動層面的優(yōu)化與分析。逐步展開了液壓輔助能量回收在一些相對較為大型的機車當中的應用，并得到了良好的效果，據(jù)不完全統(tǒng)計，在一些混合動力汽車當中的應用每年可以節(jié)省大約1/4左右的燃油。在此過程中，我國針對一些公交車以及家用汽車，進行了混合動力改造。雖然相應的節(jié)油

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

18、相關操作機能帶來任何影響，在這樣的前提下，又能保證操作穩(wěn)定可靠，而且相應的效率有所提高。除此之外還要保證相關回傳運動能夠平穩(wěn)運行，在制動方面要有一定的快速性且不會伴隨相應的震顫現(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)與原理設計; 二、部件選型與參數(shù)立室優(yōu)化;三，負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 液壓形式的挖掘機在一定程度上可以發(fā)揮出巨大的動力，確保工程施工能夠有效實施，正是由于其攜帶這種特性在一系列工程應用領域應用相對較為廣泛，但是美中不足，也伴隨著能耗相對較高污染相對較為嚴重的問題。根據(jù)調(diào)查顯示，傳統(tǒng)形

19、式的液壓挖掘機其總體的能源利用率，僅僅為1~2成左右。能量損耗形式相對較為復雜在進行節(jié)能化處理的過程當中具備重要的社會效益，因此，液壓挖掘機的能耗困難亟待解決，液壓挖掘機的節(jié)能探討日趨緊急。基于此，為減少液壓挖掘機的能量浪費、實現(xiàn)節(jié)能的目的，我選擇這個課題來研究液壓挖掘機回轉(zhuǎn)能量回收體系的仿真和計劃。 具體研究手段；通過閱讀大量的國內(nèi)外相關文獻資料來了解認識國內(nèi)外液壓挖掘機回轉(zhuǎn)能量回收系統(tǒng)的仿真和設計的進度，以此為參考設計課題相關的系統(tǒng)。 預期研究成果：本文估計在對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。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今社會的主流趨勢。為我國將來的工業(yè)成長提供重多重要經(jīng)驗。 第二章 系統(tǒng)設計以及相應的模型構(gòu)建 2.1 關于液壓系統(tǒng)設計的相關原理 傳統(tǒng)形式的液壓挖掘機相關原理如圖1所示，在其內(nèi)部的反轉(zhuǎn)機構(gòu)在起步初期相應的反轉(zhuǎn)阻力距在一定程度上受到一定的坡度以及風力的重大影響，馬達內(nèi)部的反轉(zhuǎn)制動力距可以通過對緩沖防扒進行有效調(diào)節(jié)實現(xiàn)相應的控制。 圖1 傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)形式液壓系統(tǒng)示意圖 對此針對于一次反轉(zhuǎn)進行相應的Matlab圖形仿真，如圖2所示，

21、可以得到一系列仿真曲線圖。當撥動操作手柄9, 使相應的多路閥4工作在右側(cè)的時候，在此過程中，多路閥相應的開口面積逐漸上升至頂峰，隨著泵體內(nèi)部的壓力，逐漸增大相應的馬達進口處的壓力也不斷上升，無形之中就造成進出口之間的家里差值逐漸上升，這邊有效促使馬達逐步啟動便實現(xiàn)正向運轉(zhuǎn)。當操作手柄9,在中間位置工作過程當中，相應多路閥的開口面積逐漸降低直至達到關閉狀態(tài)，在一定的慣性力矩干擾下，相應馬達出口處的壓力逐漸上升，造成進出口壓差，逐漸下降，一直到實現(xiàn)負值的狀態(tài)。在此過程中，馬達便會在制動力矩的作用下實現(xiàn)相應的制動，伴隨著一定的熱能相應的產(chǎn)出。 根據(jù)對馬達進出口壓差進行有效識別，并對相應的能量回收進

22、行全過程的液壓自動控制，相應的原理圖如圖3所示，當相應的挖掘機處于減速制動過程當中，系統(tǒng)內(nèi)部所需的功率相對較為低下，此時蓄能器正處于收受接管制動狀態(tài)，當馬達進出口的壓差達到一定的數(shù)量級以后，也就是反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換閥8所預先設定的數(shù)量級，此刻轉(zhuǎn)換閥8相應呈現(xiàn)封鎖狀態(tài)，在泵體運作的情況下，使其不斷對高壓油液進行有效儲存，與此同時，蓄能器內(nèi)部的相關壓力也會不斷的上升，一旦達到卸荷閥7所預先設定的壓力值以后，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較大，必須確保主輔動力源切實有效配合才能確保相應的回轉(zhuǎn)運動能夠有效實施，蓄能器便呈現(xiàn)出開釋的狀態(tài)，在此過程中，再對相應

23、的流量進行有效分配，便能使反轉(zhuǎn)機構(gòu)實現(xiàn)相應的運轉(zhuǎn)。 圖2 傳統(tǒng)形式泵出口、馬達進／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 關于液壓泵 如圖4所示，呈現(xiàn)出負流量-恒功率動力控制示意圖。在此過程中可以將多路閥進一步簡化其結(jié)果可以歸結(jié)為A、B、C三個可變形式的節(jié)流口。根據(jù)傳統(tǒng)形式的負流量動力控制在一定程度上進行相應的壓力排量的配置，確保先導油路當中的減壓閥開口面積可以得到實時性有效調(diào)節(jié)。在此過程中有效憑借出口壓力的變化進行相應液壓泵排量的有效調(diào)控，以模擬負流量-恒功率動力控制，值得注意的是需要

24、確保旁路回油量保持相對恒定，最大限度的降低旁路節(jié)流損失。 圖4 負流量－恒功率動力控制示意圖 2.2.2 關于蓄能器 系統(tǒng)當中的相應的蓄能器采用氣囊形式的蓄能器，根據(jù)相應的理想氣體方程可知：其中：代表蓄能器內(nèi)部的氣壓；代表相應的氣體體積；代表預加體積參數(shù)；代表內(nèi)部初始體積參數(shù)為；代表相應的氣體指數(shù)，內(nèi)部的氣體為氮氣，運作的過程當中進行快速能量釋放，當具體運作環(huán)境為絕熱情況下，取。 相應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，代表蓄能器當中的具體流量大小，代表短管的截

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

26、仿真結(jié)構(gòu)圖 2.2.4關于液壓閥 在回轉(zhuǎn)制動能量回收的過程當中在一定程度上可供選擇的閥相對較為廣泛，值得注意的是其口部節(jié)流問題。具體的流量計算為： 其中： 相應的反轉(zhuǎn)換向閥必須在一定程度上引入相應的壓力差進行切實有效的分辨比較來操控其通斷。 其中： 。 如表1所示將各項參數(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行一定的能量回收，除了泵體以及相應的馬達以外在當中建立起的相關仿真圖如圖2.2.4所示。 表1 模型中各項參數(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 關于能量釋放相關控制方法以及分配方式 為了確保相應的制動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)相對較為良好的操縱機能情況下，在一定程度上講，泵體出口壓力，以及負流量反饋壓力作為相應的輸入信號。并對相應的負載情況進行有效的監(jiān)測，基于負流量，恒功率動力控制方式，實現(xiàn)對比例調(diào)速閥的相應控制，具體的控制手段也就是控制相應的開口面積。相應的控制策略框圖如圖5所示。 圖5 液壓挖掘機回

28、轉(zhuǎn)制動能量回收控制策略框圖 關于能量分配方面可以歸結(jié)為以下幾點：第一級也就是針對流量進行相關認定，在此過程中憑借負載以及先導壓力進行切實有效的動力控制，進而對原有的液壓控制系統(tǒng)實現(xiàn)有效的替代，第二級也就是所謂的流量分配方面。在這部分當中引入相應的正態(tài)分布函數(shù)，進而促使享有流量的合理性配備，使系統(tǒng)相應的節(jié)能效率達到相對較為完善的程度。 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流量反饋壓力操控曲線，進而在一定程度上確保泵體與相應的蓄能器實現(xiàn)恒功率負流量動力調(diào)控，液壓形式的挖掘機本身是采取雙泵雙回路形式的液壓驅(qū)動系統(tǒng)。在進行仿真的過程當中僅僅考慮回轉(zhuǎn)動作，在此過程中，可以采取

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

30、合恒功率－負流量動力操控。 3.2相應的流量分配 在回轉(zhuǎn)系統(tǒng)進行加速的過程當中，首要任務就需要對蓄能器進行一定的高壓油判斷，確保在啟動過程中有充分的油液用于加速回轉(zhuǎn)。除此之外，還要對相應的蓄能器內(nèi)部以及泵體輸出端的壓力進行有效監(jiān)測。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，還要有效避免油液隨沿途的壓力降低而逐步喪失，當蓄能器內(nèi)部的壓力與主泵當中的差值相對較大時，就需要對由頁的開始量進行一定的減弱，反之則增強。 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 ，。代表相應的占比，針

31、對于進行切實有效的限制即、；其中代表蓄能器內(nèi)部的壓差的最大值。進一步完善相應的能力分配具體操作如下所示：1）當≤時，＿＝0；當＞時，＿1 ＝1；當≥時，制動能量回收得到抑制。2）當 ≤0 或 ＞時， ＿2＝0；當0＜≤時，所謂的能量開釋遵循相應的正態(tài)分布形式，譬如：＝＿×＿針對于以上兩種情況進行切實有效分析便可得到相應的流量比例。 可以通過調(diào)節(jié)、、 這三項參數(shù)的手段，進而在一定程度上滿足不同情況下的負載需求，在此過程當中可以對相應的能量開釋量進行切實有效的把控。可以在一定程度上能夠加速開釋的動作，在負載壓力不盡相同的各種情況想可以基于進行相應的參數(shù)優(yōu)化，一旦挖掘機的承載能力發(fā)生變化便會對相應

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

33、車重量數(shù)值不盡相同。當時間在零到以秒這個區(qū)間內(nèi)，不運轉(zhuǎn)，一秒到三點五秒?yún)^(qū)間內(nèi)滿載快速運轉(zhuǎn)；接下來到五秒這段區(qū)間執(zhí)行相應的滿載制動，隨后九秒到十一點五秒這段區(qū)間執(zhí)行空載快速運轉(zhuǎn)，隨后在十一點五秒到十三秒的過程當中執(zhí)行空載減慢制動，總體周期在十五秒左右，沒有加以解釋說明的區(qū)間代表不運轉(zhuǎn)。 選取承載能力為的挖掘機進行相應的仿真，在此過程中約束過載緩沖壓力為，各項關鍵參數(shù)呈現(xiàn)在表1當中。 液壓泵 回轉(zhuǎn)馬達 及減速機 蓄能器 :排量為；最大體積流量為；最小體積流量為；、時，最大功率為。 :排量為。反轉(zhuǎn)減速機

34、減速比為；反轉(zhuǎn)減速機齒數(shù)為，反轉(zhuǎn)支承齒數(shù)為。 :，；最小工作壓力， ； ， 表1 關于制動能量回收相關的重要參數(shù)指標 圖形首要在一定程度上可以歸結(jié)為蓄能器、液控框架以及相應的控制器，如圖8所示呈現(xiàn)出相應的仿真框圖，在圖中可以清晰地得出相應的仿真結(jié)果，即單位回轉(zhuǎn)情況下所完成的相應能量回收，在一定程度上能夠造成壓力上升大約為，在此過程當中要確保相應的高壓油能夠切實有效得以完全釋放，根據(jù)經(jīng)驗可知在對相應的期望值進行選取的過程中，可以盡量大于一定的蓄能器壓差，在本設計的仿真系統(tǒng)當中，，，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、出口以及馬達進、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、空載時回轉(zhuǎn)機構(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、馬達進出口壓力以及蓄能器內(nèi)部壓力變化曲線?？梢詫ο鄳獑蜗蜷y的壓力丟失進行忽略，馬達不發(fā)生相對運轉(zhuǎn)的過程當中，其與蓄能器之間保持相通的狀態(tài)，在此過程當中二者內(nèi)部的壓力基本保持一致，一旦發(fā)生相應的加速，便會導致相應的蓄能器進行壓力釋放，與此同時能夠與泵體進行協(xié)作提供動力，在圖10當中可以看出，一旦馬達進入減速制動階段，其出口就會與相應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當中，單位運轉(zhuǎn)周期完成以后，其相應的數(shù)值便會提高到，比上一個時期同比

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

38、出來的部分能量轉(zhuǎn)化到反轉(zhuǎn)過程當中的效率約為。同理可得，空載情形下 。即可進行相應的求解 1）回轉(zhuǎn)驅(qū)動作為單獨執(zhí)行機構(gòu)時的節(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：便可得到相應的節(jié)能效率 圖11 轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)速以及相應回轉(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)動在一定程度上成為單體執(zhí)行機構(gòu)，滿載情形下，整體需求達到，所能呈現(xiàn)出的節(jié)能效率大約為；空載情形下，整體需求達到，所能呈現(xiàn)出的節(jié)能效率大約為；在這種相對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，相應的節(jié)能率大約是。 4.2.2轉(zhuǎn)臺操作性能 根據(jù)圖11所呈現(xiàn)出的轉(zhuǎn)角曲線進行切實有效的對比，倘若工況相同，傳統(tǒng)形式的反轉(zhuǎn)液壓挖掘機分別在滿載以及空載情形下的反轉(zhuǎn)制動周期分別為，相應的制動反轉(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，操縱桿與相應的鐵鏟制動位置之間的間距大約為；空載的情形下，相應的與分別為。引入能量回收體系以后，基于相應傳統(tǒng)形式的功率需求進行相應的能量供給，流量輸出特性與其劃一。倘若實現(xiàn)同樣的轉(zhuǎn)角，對于相應手柄的操作時刻基本保持一致，故對之前的操作機能不會產(chǎn)生任何影響。 第五章 總結(jié) 在當今社會主要趨勢為大

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

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)學模型。從再生制動能量到驅(qū)動系統(tǒng)的效率、節(jié)能效率、轉(zhuǎn)臺操作性能三方面對系統(tǒng)進行分析。仿真結(jié)果表明，引入反轉(zhuǎn)制動能量接收系統(tǒng)的液壓挖掘機，當以 反轉(zhuǎn)作為單獨執(zhí)行機構(gòu)時，在不影響操作機能的基礎上，再生制動能量到驅(qū)動體系的效率能夠達到50％左右，使體系節(jié)能16％以上，實現(xiàn)回收能量主動貯藏與再利用，實現(xiàn)了真正的節(jié)儉能量和減少排放。通過此次設計收獲不少，由于經(jīng)驗不足有很多知識也只是理論，對系統(tǒng)設計沒有細致的計算，不斷改進下解決了很多設計過程中困擾的小問題。總而言之整體設計過程當中受益良多，學會了如何獨自的解決題目以及快速的對問題進行辨析。 國家應該加大對

42、液壓技術(shù)的推廣力度，尤其是機械方面比較優(yōu)秀的學校要加強推廣畢竟這是培養(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。學校應該普及液壓技術(shù)的學習以及應用，國家應該結(jié)合學校的教育大力推動各研究機構(gòu)對液壓挖掘機能源回收再利用進行研究。 參 考 文 獻 1） [1]陳正雄，傅駿宇，張曉剛，程珩，權(quán)龍.液壓挖掘機回轉(zhuǎn)制動能量電液回收系統(tǒng)[J].機床與液壓，2018，46（24）：1-8 2） [2]楊英.液壓挖掘機回轉(zhuǎn)支承安裝座焊接工藝的改進[J]工程機械與維修，2018（06）：68-69 3） [3]戴立明，王正.混

43、合動力挖掘機節(jié)能系統(tǒng)[J]科技創(chuàng)新與應用，2018（34）：112-113. 4） [4]姚明星，吳文海，秦劍，孫磊。基于電液協(xié)調(diào)式液壓挖掘機復動作用工況下能量回收系統(tǒng)研究[J].機床與液壓,2018，46(10):54-59. 5） [5]劉晉霞，焦志愿，王于，李慶燁.液壓挖掘機能量回收與利用系統(tǒng)的研究進展[J].液壓與氣功，2018（05）：81-87. 6） [6]梁濤.變轉(zhuǎn)速動力源及容腔獨立控制液壓挖掘機特性研究進展[D].太原理工大學，2018. 7） [7]傅文博.基于電機驅(qū)動定量泵的挖掘機回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)研究[D].太原科技大學，2018. 8） [8]顏韻琪，胥云，王浦全，胡勇.大型液壓挖掘機閉式回轉(zhuǎn)系統(tǒng)研究[J].機床與液壓，2018.46（02）：67-70+77. 9） [9]王緒橋，郇秀榮，鮑廷朋，朱廣亮.液壓挖掘機回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置裝配難點及解決方法[J].工程機械與維修，2018（01）：88-89 10） [10]吳文海，譚萬秋，王國志，柯堅，姚明星.液壓挖掘機回轉(zhuǎn)系統(tǒng)能量回收研究[J].機床與液壓，2017，45（17）：124-128. 11） [11]鄭庭，賀元成，洪震，顏韻琪.挖掘機多泵液壓系統(tǒng)設計與仿真研究回轉(zhuǎn)系統(tǒng)能量回收研究[J].機床與液壓，2017，45（16）：103-107.