液压挖掘机动臂闭式油路节能系统

书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 书书 第４２卷　第５期 吉 林 大 学 学 报 （工 学 版 ） 　Ｖｏｌ．４２　Ｎｏ．５ ２０１２年９月 Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｊｉｌｉｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｅｄｉｔｉｏｎ） 　Ｓｅｐｔ．２０１２ 收稿日期：２０１１－０９－２１． 基金项目：“８６３”国家高技术研究发展 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 项目（２００９ＡＡ０４４４０３）． 作者简介：陈明东（１９７８－），男，博士研究生．研究方向：流体传动与控制．Ｅ－ｍａｉｌ：ｍｉｎｇｄｏｎｇｊｌｕ＠１２６．ｃｏｍ 通信作者：赵丁选（１９６５－），男，教授，博士生导师．研究方向： 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 机器人，流体传动与控制． Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｄｘ＠ｍａｉｌ．ｊｌｕ．ｅｄｕ．ｃｎ 液压挖掘机动臂闭式油路节能系统 陈明东１，２，赵丁选１，倪　涛１ （１．吉林大学 机械科学与工程学院，长春１３００２２；２．青岛农业大学 建筑工程学院，山东 青岛２６６１０９） 摘　要：通过对液压挖掘机典型工况特性 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ，提出了一种液压挖掘机动臂闭式油路节能系 统，阐述了配置蓄能器动臂闭式油路系统的节能原理。在其工作原理基础上建立了液压元件 及电气元件的数学模型。在典型挖掘循环中，分析了系统中蓄能器、电动机和负载３个主要功 率部件的运行状况。理论分析和仿真结果表明：液压挖掘机动臂闭式油路节能系统运行状况 良好，与普通阀控液压挖掘机动臂驱动方式相比，该系统节能率约为３３．１％，为液压挖掘机整 机节能提供了参考。 关键词：流体传动与控制；液压传动与控制；液压挖掘机；混合动力；动臂势能；闭式油路 中图分类号：ＴＨ１３７　　文献 标志 禁止坐卧标志下载饮用水保护区标志下载桥隧标志图下载上坡路安全标志下载地理标志专用标志下载 码：Ａ　　文章编号：１６７１－５４９７（２０１２）０５－１１４０－０５ Ｂｏｏｍ　ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｔｈ　ｃｌｏｓｅｄ　ｏｉｌ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｉｎ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｅｘｃａｖａｔｏｒ ＣＨＥＮ　Ｍｉｎｇ－ｄｏｎｇ１，２，ＺＨＡＯ　Ｄｉｎｇ－ｘｕａｎ１，ＮＩ　Ｔａｏ１ （１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉｌｉｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　１３００２２，Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｑｉｎｇｄａｏ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ　２６６１０９，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｙｐｉｃａｌ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｅｘｃａｖａｔｏｒ，ａ ｂｏｏｍ　ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｔｈ　ｃｌｏｓｅｄ　ｏｉｌ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｗａｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ　ｗａｓ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ　ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ　ｍｏｄｅｌｓ　ｗｅｒｅ　ｂｕｉｌｔ　ｆｏｒ　ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅｉｒ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ．Ｔｈｅ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ　ｉｔｓ　３ｍａｉｎ　ｐｏｗｅｒ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ，ｔｈｅ　ａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ，ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｏｒ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｌｏａｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｔｙｐｉｃａｌ ｅｘｃａｖａｔｏｒ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｃｙｃｌｅ　ｗｅｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｂｏｏｍ　ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｔｈ　ｃｌｏｓｅｄ　ｏｉｌ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｗｏｒｋｓ　ｓｔｅａｄｉｌｙ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｖａｌｖｅ－ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｅｘｃａｖａｔｏｒ，ｔｈｅ　ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｓｙｓｔｅｍ　ｒｅａｃｈｅｄ，ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ　ａｎ　ｅｎｃｏｕｒａｇｉｎｇ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｅｘｃａｖａｔｏｒ． Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｕｒｎ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｆｌｕｉｄ；ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ；ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｅｘｃａｖａｔｏｒｓ；ｈｙｂｒｉｄ ｐｏｗｅｒ；ｂｏｏｍ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｅｎｅｒｇｙ；ｃｌｏｓｅｄ　ｏｉｌ　ｃｉｒｃｕｉｔ 　　液压挖掘机工作时，动臂、斗杆、铲斗的下降 速度一般通过主阀节流调节，工作装置势能绝大 部分在主阀节流口转化为热能，造成了能量浪 费［１］。因此对挖掘机下降过程的势能进行回收， 对提高挖掘机能量的利用率具有重要意义［２－４］。 目前国内外关于挖掘机工作装置势能的回收与再 第５期 陈明东，等：液压挖掘机动臂闭式油路节能系统 利用研究主要集中在开式回路系统，瑞典Ｉｎｎａｓ 公司将液压变压器应用于挖掘机液压系统中，回 收回油的液压能［５］；Ｌａｒｓ［６］推出“Ｅｃｏ－Ｍａｔｅ”动臂 节能系统。在国内，张彦廷等［７］采用液压马达配 合油电混合动力驱动系统对挖掘机各执行元件进 行能量回收；林潇等［８］对挖掘机动臂单独进行混 合动力能量回收，能量回收过程中存在一定程度 的节流损失；张树忠等［９］对液压变压器挖掘机动 臂势能再生系统进行了仿真研究，但是目前高效 可控的二次元件比较昂贵，限制了在液压挖掘机 中的应用。 针对上述分析，基于液压蓄能器在能量回收 系统中的应用［１０－１１］，本文提出以液压蓄能器为储 能原件的液压挖掘机动臂闭式油路节能系统。 １　闭式油路动臂节能系统原理 液压挖掘机闭式油路动臂节能系统原理如图 １所示。液压缸有杆腔、蓄能器油口通过液压泵／ 马达３和液压泵／马达４与液压缸无杆腔相连，形 成闭式油路，动臂上升时液压油从蓄能器和液压 缸有杆腔输出至液压缸无杆腔；下降时则相反，油 液从液压缸无杆腔输出，一部分回充至蓄能器，另 一部回充至液压缸有杆腔，实现有杆腔中的油液 来自无杆腔，即动臂流量再生。 １－直流电动／发电机；２－分动箱；３－定量泵／马达１；４－定量 泵／马达２；５－液控单向阀２；６－液压挖掘机动臂液压缸；７－ 压力传感器；８－液压流量计；９－防吸空单向阀；１０－安全阀； １１－液控单向阀１；１２－蓄能器；１３－溢流阀；１４－补油系统 图１　动臂势能回收系统示意图 Ｆｉｇ．１　Ｓｋｅｔｃｈ　ｍａｐ　ｏｆ　ｂｏｏｍ　ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ　ｃｌｏｓｅｄ　ｃｉｒｃｕｉｔ 节能系统利用蓄能器压力来平衡部分负载重 量，在动臂下降时负载部分势能以压力能的形式 储存于蓄能器中；在动臂上升时蓄能器为电动机－ 液压泵／马达轴系提供附加驱动力。该系统控制 直流电动机，实现液压动力系统的变转速容积调 速，系统的输入功率与负载所需功率完全匹配，无 节流损失和溢流损失。 ２　能量回收相关部分数学模型 ２．１　液压系统建模 液压缸力平衡方程为 Ｆ＋ｐ２Ａ２－ｐ１Ａ１－ｂｃｖ－Ｆｆ＝Ｍｖ′ （１） 式中：Ｍ 为液压缸活塞质量；Ｆｆ为液压缸活塞的 摩擦力；ｂｃ为液压缸活塞及负载的黏性阻尼；ｐ１、 ｐ２ 分别为液压缸无杆腔和有杆腔压力；Ａ１、Ａ２ 分 别为液压缸无杆腔和有杆腔内有效面积；ｖ、ｖ′分 别为活塞运动速度和加速度。 液压缸连续性方程为 Ｑ１／Ａ１ ＝Ｑ２／Ａ２ （２） 　　液压缸到液压泵／马达３和液压泵／马达４的 流量连续性方程为 Ａ１ｖ－Ｑ３－Ｑ４－Ｃｇ（ｐ１－ｐ２）－Ｃｇｅｐ１ ＝ Ｖ１ βｅ ｄｐ１ ｄｔ （３） 式中：Ｑ３ 为进入液压泵／马达４的流量；Ｑ４ 为进 入液压泵／马达３的流量；Ｖ１为液压缸到液压泵／ 马达４和液压泵／马达３之间液压油的体积；Ｃｇ为 液压缸内泄漏系数；Ｃｇｅ 为液压缸外泄漏系数；βｅ 为有效体积弹性模量。 液压泵／马达４环节的流量方程为 Ｑ５ ＝Ｄｎ（ｔ）－Ｃｂ（ｐ１－ｐａ）－Ｃｂｅ（ｐａ＋ｐ１） （４） Ｑ３ ＝Ｄｎ（ｔ）－Ｃｂ（ｐ１－ｐａ）＋Ｃｂｅ（ｐａ＋ｐ１） （５） 　　液压泵／马达３环节的流量方程为 Ｑ２ ＝Ｄｎ（ｔ）－Ｃｂ（ｐ１－ｐ２）－Ｃｂｅ（ｐ１＋ｐ２） （６） Ｑ４ ＝Ｄｎ（ｔ）－Ｃｂ（ｐ１－ｐ２）＋Ｃｂｅ（ｐ１＋ｐ２） （７） 式中：Ｑ５ 为液压泵／马达４的出口流量；Ｑ２ 为液 压泵／马达３的出口流量；Ｄ为进入液压泵／马达 的排量；ｎ（ｔ）为直流电动机／发电机转速；Ｃｂ为液 压泵／马达内泄漏系数；Ｃｂｅ为液压泵／马达外泄 漏系数；ｐａ为蓄能器入口压力。 ·１４１１· 吉 林 大 学 学 报 （工 学 版 ） 第４２卷 液压泵／马达３到有杆腔流量连续性方程为 Ｑ２－Ａ２ｖ－Ｃｇ（ｐ１－ｐ２）－Ｃｇｅｐ１ ＝ Ｖ２ βｅ ｄｐ２ ｄｔ （８） 　　液压泵／马达４到蓄能器流量方程为 Ｑ５－Ｑａ＝Ｖ３ βｅ ｄｐａ ｄｔ （９） 式中：Ｖ２ 为液压泵／马达３到液压缸有杆腔之间 液压油的体积；Ｖ３ 为液压泵／马达４到蓄能器之 间液压油的体积；Ｑａ为蓄能器进油口流量。 ２．２　永磁同步电机模型 本研究采用的永磁同步电机（ＰＭＳＭ）的动力 学数学模型和电气系统数学模型为 ｄｉｄ ｄｔ＝ １ Ｌｄ ｕｄ－ｒＬｄ ｉｄ＋ＬｑＬｄωｒ ｉｄ （１０） ｄｉｑ ｄｔ＝ １ Ｌｄ ｕｑ－ＲＬｄ ｉｑ＋ Ｌｄ Ｌｑ ωｒｉｄ－λωｒＬｑ （１１） Ｔｅ＝１．５ｐ［λｉｑ＋（Ｌｄ－Ｌｑ）ｉｄｉｑ］ （１２） ｄωｒ ｄｔ ＝ １ Ｊｍ （Ｔｅ－Ｔｆ－Ｔｍ） （１３） ｄθｍ ｄｔ ＝ωｒ （１４） 式中：ｉｄ、ｉｑ为电机ｄ、ｑ轴电流；Ｌｄ、Ｌｑ为电机ｄ、ｑ 轴电感；ｕｄ、ｕｑ为电机ｄ、ｑ轴电压；ｒ为电机定子绕 组等效电阻；ωｒ为电机转子角速度；ｐ为电机极对 数；Ｔｅ为电机电磁转矩；Ｔｍ 为电机机械转矩；Ｔｆ 为电动机轴系机械摩擦阻力矩；θｍ 为电机转子位 置角。 ２．３　蓄能器模型 采用囊式蓄能器，根据波意尔气体定律可得 ｐ０Ｖｎ０ ＝ｐ１Ｖｎ１ ＝ｐ２Ｖｎ２ ＝ｐａＶｎａ （１５） 式中：ｐ０、ｐ１、ｐ２、ｐａ分别为蓄能器初始充气压力、 蓄能器初态、终态和任意态压力；Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖａ分 别为初始充气体积、蓄能器初态、终态和任意态气 体体积；ｎ为气体多变指数。 设 （ｐａ，Ｖａ）为气体任意的工作状态，对式 ｐ０Ｖｎ０ ＝ｐａＶｎａ 展开并略去高次项得 ｄｐａ ｄｔ ＝－ ｎｐ０ Ｖ０ ｄＶａ ｄｔ （１６） 　　Ｑａ与Ｖａ关系表达式为 Ｑａ＝－ｄＶａｄｔ （１７） 　　将式（１６）（１７）代入式（９）得液压泵／马达４到 蓄能器流量方程为 Ｄｎ（ｔ）－Ｃｂ（ｐ１－ｐａ）－Ｃｂｅ（ｐａ＋ｐ１）＋ｄＶａｄｔ ＝ Ｖ３ βｅ ｄｐａ ｄｔ （１８） 　　液压蓄能器吸收的能量Ｅ的表达式为 Ｅ＝－∫ Ｖ２ Ｖ１ ｐａ Ｖ０ Ｖ（ ）ａ ｎ ｄＶａ＝ｐ０Ｖ０ｎ－１ ｐａ ｐ（ ）０ ｎ－１ ｎ －［ ］１ （１９） ３　结果分析 ３．１　动臂运行过程分析 以某公司２０ｔ液压挖掘机为研究对象，动臂 液压缸直径为１２０ｍｍ、活塞杆直径为８５ｍｍ、全 伸长度为２９８１ｍｍ、全缩长度为１７９４ｍｍ。斗杆 液压缸全伸长度为３５１５ｍｍ、全缩长度为２０６３ ｍｍ。动臂、铲斗、斗杆总质量为３２６３ｋｇ。由于 动臂液压缸有杆腔与无杆腔的面积比约为１∶２， 因此能量回收系统用液压泵／马达３和４均选用 排量为８０ｍＬ／ｒ的定量液压泵／马达。 为了得到更合理的模拟负载，并能反映挖掘 机的工作特点，选择目前国际上通用的一种典型 工作循环：下降－挖掘－提升－旋转９０°－放铲－旋转回 位［１２］。该液压挖掘机的典型工作循环时间为２０ ｓ，在 ＭＡＴＬＡＢ／ＳｉｍＭｅｃｈａｎｉｃｓ仿真环境下得到 动臂和斗杆液压缸活塞的位移和速度曲线如图２ 所示。 图２　动臂液压缸活塞位移和速度曲线 Ｆｉｇ．２　Ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ａｎｄ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｃｕｒｖｅ　ｏｆ　ｂｏｏｍ　ｃｙｌｉｎｄｅｒ 参照蓄能器压力平衡部分负载的研究对蓄能 器的工作压力进行设定，使蓄能器内的高压油对 动臂的平均作用力约为动臂自重加上０．５倍额定 ·２４１１· 第５期 陈明东，等：液压挖掘机动臂闭式油路节能系统 载重量对动臂液压缸的作用力［１２－１３］，此时的蓄能 器压力称为半载压力，半载压力下动臂长期运行 的平均能耗最小。按照２０ｔ挖掘机实际参数计 算，选用蓄能器充气压力和容积分别为２１ＭＰａ 和４０Ｌ。 液压挖掘机动臂运行有空载上升、满载上升、 空载下降和满载下降４种极限工况。 在上升工况，蓄能器对电动机－液压泵马达轴 系提供正向驱动力矩，负载侧油液提供反向阻力 矩：动臂空载时，蓄能器提供的正向驱动力矩过 大，主电动机需要工作在正向回馈发电状态，此时 电动机功率为负，蓄能器克服电动机和动臂负载 的总阻力，实现动臂上升；动臂满载上升时，蓄能 器提供的正向驱动力矩不足以克服负载阻力矩， 电动机处于正向电磁驱动状态，与蓄能器共同克 服负载阻力实现动臂上升。 在下降工况，蓄能器对电动机－液压泵马达轴 系提供正向阻力矩，负载侧油液提供反向驱动力 矩：动臂空载下降时，蓄能器提供的正向阻力矩过 大，电动机需要工作在反向电磁驱动状态，电动机 与负载共同克服蓄能器阻力，实现动臂下降；当动 臂满载下降时，负载提供的反向驱动力矩大于蓄 能器提供的正向阻力矩，电机处于反向回馈发电 状态，负载克服电动机和蓄能器的总阻力实现动 臂下降。 由上述分析可知，动臂空载下降和满载上升 是电动机耗能最恶劣工况，也是挖掘机工作中最 常见的工况，因此本研究选取上述两种工况对节 能系统进行能耗分析。 动臂空载下降时功率平衡方程为 （Ｐｊηｌ＋Ｐｍｏηｍ）ηｐηａ＝Ｐａ （２０） 动臂满载上升时功率平衡方程为 （Ｐａηａ＋Ｐｍｏηｍ）ηｐηｌ＝Ｐｊ （２１） 式中：Ｐｊ为动臂及其载荷的负载功率；Ｐｍｏ为电动 机输出功率；Ｐａ 为蓄能器输出（上升）／存储（下 降）功率；ηｌ、ηｍ、ηａ、ηｐ分别为系统总效率、电动机 效率、蓄能器效率、液压泵／马达总效率。 ２０ｔ挖掘机铲斗容积为１．１ｍ３，满斗约为 ２０００ｋｇ。本研究采用ＰＩＤ控制直流电动机使动 臂液压缸活塞按照图２所示速度曲线运行，动臂 空载下降和满载上升功率特性曲线如图３所示。 由图３（ａ）可以看出，动臂空载下降时，蓄能 器用于存储的输出功率大于负载提供的反向驱动 的负载功率，此时电动机必须提供反向驱动功率， 图３　系统功率特性曲线 Ｆｉｇ．３　Ｅｎｅｒｇｙ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ 且随着动臂下降蓄能器存储的输出功率逐渐增 大，对负载下降产生的阻力也逐渐增大，为使动臂 以额定转速下降，电动机输出功率必须随动臂下 降而增大。 由图３（ｂ）可以看出，动臂满载上升时，蓄能 器提供的正向驱动功率小于负载功率，此时电动 机必须提供正向驱动功率，为保证动臂以额定转 速上升，随着动臂上升蓄能器输出功率逐渐减小， 电动机输出功率不断增大。 ３．２　系统节能性分析 为研究本系统的节能效果，在动臂满载上升 和空载下降的一个工作循环周期内计算不同系统 的能耗。定义节能比率ηｖ 评价本动力系统的节 能效果。 与普通阀控液压挖掘机相比，节能比率ηｖ为 ηｖ＝ Ｗｖ－Ｗｋ Ｗｖ （２２） 式中：Ｗｖ 为普通阀控液压挖掘机动臂在一个工 作循环周期内消耗的能量；Ｗｋ为闭式油路动臂节 能系统一个工作循环周期消耗的能量。 从表１中可以看出，闭式油路节能系统两种 工况能耗和为１９９．９７ｋＪ，普通阀控系统能耗和为 ２９８．９２ｋＪ，闭式油路节能系统节能率为３３．１％， 节能效果显著。 ·３４１１· 吉 林 大 学 学 报 （工 学 版 ） 第４２卷 表１　系统能耗 Ｔａｂｌｅ　１　Ｅｎｅｒｇｙ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｙｓｔｅｍ 动臂系统 工况 系统能耗／ｋＪ 闭式节能系统 空载下降 ９４．５２ 满载上升 １０５．４５ 普通阀控系统 空载下降 １１６．３６ 满载上升 １８２．５６ ４　结　论 （１）在液压挖掘机动臂闭式油路节能系统中， 利用蓄能器压力来平衡部分负载重量，降低了系 统的装机功率，对挖掘机整机节能具有重要的理 论和现实意义。 （２）与普通阀控液压挖掘机动臂驱动方式相 比，动臂闭式油路能量回收系统节能率为３３．１％， 节能效果显著。 （３）液压挖掘机动臂闭式油路节能系统可以 减轻对系统液压元器件的破坏，降低系统噪声，具 有更好的工程应用价值。 参考文献： ［１］Ｌｉｕ　Ｓｏｎｇ，Ｙａｏ　Ｂｉｎ．Ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｓｉｎｇｌｅ－ ｒｏｄ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｃｙｌｉｎｄｅｒｓ　ｗｉｔｈ　ｍａｂｌｅ　ｖａｌｖｅｓ　ａｎｄ　ｉｍ－ ｐｒｏｖｅｄ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｍｏｄｅ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ［Ｃ］∥４９ｔｈ　Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｆｌｕｉｄ　Ｐｏｗｅｒ，Ｍａｒｌ９－２１，Ｌａｓ　Ｖｅｇａｓ， Ｎｅｖａｄａ，ＵＳＡ，２００２． ［２］Ｍａｒｇｏｌｉｓ　Ｄ．Ｅｎｅｒｇｙ　ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ　ａｃｔｕａｔｏｒ　ｆｏｒ　ｍｏｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ　ｗｉｔｈ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｔｏ　ｆｌｕｉｄ　ｐｏｗｅｒ　ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ，２００５，１２７（１）：３３－４０． ［３］Ｎａｎｊｏ　Ｔ，Ｉｍａｎｉｓｈｉ　Ｅ，Ｋａｇｃａｈｉｍａ　Ｍ．Ｐｏｗｅｒ　ｓｉｍｕｌａ－ ｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓａｖｉｎｇ　ｉｎ　ｈｙｂｒｉｄ　ｅｘｃａｖａｔｏｒ［Ｊ］．ＪＳＡＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ，２００４，４７（４４）：１０１－１０６． ［４］Ｌｉｎ　Ｘ，Ｐａｎ　Ｓ　Ｘ，Ｗａｎｇ　Ｄ　Ｙ．Ｄｙｎａｍｉｃ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ　ｏｐｔｉｍａｌ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｔｒａｔｅｇｙ　ｆｏｒ　ａ　ｐａｒａｌｌｅｌ　ｈｙｂｒｉｄ　ｈｙ－ ｄｒａｕｌｉｃ　ｅｘｃａｖａｔｏｒ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ａ，２００８，９（５）：６２４－６３２． ［５］Ｖａｅｌ　Ｇ　Ｅ　Ｍ，Ｏｒｌａｎｄｏ　Ｅ，Ｓｔｕｋｅｎｂｒｏｃｋ　Ｒ．Ｔｏｗａｒｄ ｍａｘｉｍｕｍ　ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ　ｉｎ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｍａｃｈｉｎｅｒｙ，ＩＨＴ ｃｏｎｔｒｏｌ　ｉｎ　ａ　ｍｅｃａｌａｃ　ｅｘｃａｖａｔｏｒ［Ｃ］∥４ｔｈ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｆｌｕｉｄ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ｄｒｅｓｄｅｎ，Ｇｅｒｍａｎｙ，２００４． ［６］Ｌａｒｓ　Ｂ．Ｓｗｅｄｉｓｈ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓａｖｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ ｃａｔｅｒｐｉｌｌａｒｓ　ｅｘｃａｖａｔｏｒｓ［Ｊ］．Ｆｌｕｉｄ　Ｓｃａｎｄｉｎａｖｉａ，２００２ （２）：６－９． ［７］张彦廷，王庆丰，肖清．混合动力液压挖掘机液压 马达能量回收的仿真及试验［Ｊ］．机械工程学报， ２００７，４３（８）：２１３－２１８． Ｚｈａｎｇ　Ｙａｎ－ｔｉｎｇ，Ｗａｎｇ　Ｑｉｎｇ－ｆｅｎｇ，Ｘｉａｏ　Ｑｉｎｇ．Ｓｉｍ－ ｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｅｎｅｒｇｙ　ｒｅｇｅｎｅｒ－ ａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｍｏｔｏｒ　ｆｏｒ　ｈｙｂｒｉｄ　ｄｒｉｖｅ　Ｅｘｃａｖａ－ ｔｏｒ［Ｊ］．Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， ２００７，４３（８）：２１３－２１８． ［８］林潇，管成，裴磊，等．混合动力液压挖掘机动臂势能 回收系统［Ｊ］．农业机械学报，２００９，４０（４）：９６－１０１． Ｌｉｎ　Ｘｉａｏ，Ｇｕａｎ　Ｃｈｅｎｇ，Ｐｅｉ　Ｌｅｉ，ｅｔ　ａｌ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ａｒｍ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｅｎｅｒｇｙ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ　ｉｎ　ｈｙ－ ｂｒｉｄ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｅｘｃａｖａｔｏｒｓ［Ｊ］．Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｓｏｃｉｅｔｙ　ｏｆ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ，２００９， ４０（４）：９６－１０１． ［９］张树忠，邓斌，柯坚．基于液压变压器的挖掘机动臂 势能再生系统［Ｊ］．中国机械工程，２０１０，２１（１０）： １１６１－１１６６． Ｚｈａｎｇ　Ｓｈｕ－ｚｈｏｎｇ，Ｄｅｎｇ　Ｂｉｎ，Ｋｅ　Ｊｉａｎ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ ｅｎｅｒｇｙ　ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｅｘｃａｖａｔｏｒ＇ｓ ｂｏｏｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ［Ｊ］．Ｃｈｉｎａ　Ｍｅ－ ｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１０，２１（１０）：１１６１－１１６６． ［１０］Ｖａｎ　ｄｅ　Ｖｅｎ　Ｊ　Ｄ，Ｏｌｓｏｎ　Ｍ　Ｗ，Ｌｉ　Ｐ　Ｙ．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ　ａ　ｈｙｄｒｏ－ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｈｙｂｒｉｄ　ｄｒｉｖｅ　ｔｒａｉｎ ｗｉｔｈ　ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　ｗｈｅｅｌ　ｔｏｒｑｕｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｆｏｒ　ａｎ　ｕｒｂａｎ ｐａｓｓｅｎｇｅｒ　ｖｅｈｉｃｌｅ［Ｊ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｆｌｕｉｄ　Ｐｏｗｅｒ，２００８（５１）：５０３－５１４． ［１１］权凌霄，孔祥东，高英杰，等．不考虑进口特性的蓄 能器吸收冲击理论及试验［Ｊ］．机械工程学报， ２００７，４３（９）：２８－３２． Ｑｕａｎ　Ｌｉｎｇ－ｘｉａｏ，Ｋｏｎｇ　Ｘｉａｎｇ－ｄｏｎｇ，Ｇａｏ　Ｙｉｎｇ－ｊｉｅ，ｅｔ ａｌ．Ｔｈｅｏｒｙ　ａｎｄ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｏｆ　ａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ　ａｂｓｏｒｂｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｐｕｌｓａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈｏｕｔ　ｒｅｇａｒｄ　ｔｏ　ｉｔｓ　ｅｎｔｒａｎｃｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ［Ｊ］．Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００７，４３（９）：２８－３２． ［１２］Ｚｉｍｍｅｒｍａｎ　Ｊ　Ｄ，Ｐｅｌｏｓｉ　Ｍ，Ｗｉｌｌｉａｍｓｏｎ　Ｃ　Ａ．Ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｎ　ＬＳ　ｅｘｃａｖａｔｏｒ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｓｙｓｔｅｍ ［Ｃ］∥２００７ＡＳＭＥ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉ－ ｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｎｇｒｅｓｓ　ａｎｄ　Ｅｘｐｏｓｉｔｉｏｎ，Ｓｅａｔｔｌｅ，ＵＳＡ， ２００７． ［１３］林建杰，徐冰，杨华勇．配置蓄能器的变频驱动液压 电梯能耗特性研究［Ｊ］．机械工程学报，２００３，３９ （７）：６３－６６． Ｌｉｎ　Ｊｉａｎ－ｊｉｅ，Ｘｕ　Ｂｉｎｇ，Ｙａｎｇ　Ｈｕａ－ｙｏｎｇ．Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ ｅｎｅｒｇｙ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ＶＶＶＦ　ｃｏｎ－ ｔｒｏｌｌｅｄ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｅｌｅｖａｔｏｒｓ　ｗｉｔｈ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ａｃｃｕｍｕｌａ－ ｔｏｒｓ［Ｊ］．Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， ２００３，３９（７）：６３－６６． ·４４１１·