【摘要】：為降低液壓挖掘機(jī)的能量消耗,提出一種基于液壓蓄能器和平衡油缸的動(dòng)臂勢(shì)能回收系統(tǒng)。以節(jié)能性為優(yōu)化目標(biāo),以滿足系統(tǒng)工作特性,減小蓄能器安裝體積和延長(zhǎng)蓄能器使用壽命為約束條件,對(duì)平衡系統(tǒng)的關(guān)鍵元件——液壓蓄能器的工作壓力、額定體積和充氣壓力等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),分析不同的蓄能器體積和工作壓力對(duì)系統(tǒng)節(jié)能效率的影響,確定最優(yōu)的液壓蓄能器參數(shù);利用AMESim建立有無平衡單元的2種系統(tǒng)仿真模型,以3個(gè)比例節(jié)流閥和1個(gè)比例溢流閥代替?zhèn)鹘y(tǒng)多路閥對(duì)動(dòng)臂的工作過程進(jìn)行控制,并據(jù)此搭建了某1.5t液壓挖掘機(jī)動(dòng)臂勢(shì)能回收系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)。研究結(jié)果表明:仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合,系統(tǒng)的參數(shù)選擇合理,仿真模型較準(zhǔn)確;在所選取的液壓蓄能器參數(shù)滿足動(dòng)臂操控性能和系統(tǒng)工作特性的前提下,動(dòng)臂上升階段,有平衡系統(tǒng)的無桿腔壓力比無平衡系統(tǒng)的降低約2.5MPa,液壓泵的出口壓力降低約1MPa;動(dòng)臂上升和下降工作周期內(nèi),勢(shì)能回收和釋放的整個(gè)工作周期的效率約為29%。
【圖文】：

制閥兩端的壓差發(fā)生變化而影響執(zhí)行器的操控性；③動(dòng)臂油缸在驅(qū)動(dòng)模式時(shí)所需壓力一般大于回收模式時(shí)所需壓力，故液壓蓄能器的壓力難以直接釋放到油缸。亦有采用液壓平衡思想的能量回收與再利用系統(tǒng)［１０－１２］，，但更多的是提出一種節(jié)能思想或結(jié)構(gòu)，并未對(duì)此展開深入的探討和試驗(yàn)研究。針對(duì)以上問題，本文中提出一種基于液壓蓄能器和平衡油缸的液壓挖掘機(jī)動(dòng)臂勢(shì)能回收和再生的一體化系統(tǒng)，確定蓄能器與系統(tǒng)節(jié)能效率匹配的最佳工作參數(shù)，并通過仿真分析和試驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)的節(jié)能特性。１系統(tǒng)工作原理圖１為基于液壓蓄能器和平衡油缸的液壓挖掘機(jī)動(dòng)臂勢(shì)能回收系統(tǒng)原理示意，由上車機(jī)構(gòu)、動(dòng)力單元、液壓驅(qū)動(dòng)單元和平衡單元四部分組成，其中液壓驅(qū)動(dòng)單元以３個(gè)比例節(jié)流閥和１個(gè)比例溢流閥代替原有的多路閥。圖１基于平衡油缸和蓄能器的動(dòng)臂勢(shì)能回收系統(tǒng)Ｆｉｇ．１ＰｏｔｅｎｔｉａｌＥｎｅｒｇｙＲｅｃｏｖｅｒｙＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＢａｌａｎｃｅＣｙｌｉｎｄｅｒａｎｄＨｙｄｒａｕｌｉｃＡｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ１５４中國(guó)公路學(xué)報(bào)２０１７年

力越小，驅(qū)動(dòng)油缸的無桿腔壓力越低，節(jié)能效果越好；反之，蓄能器的壓力過低，平衡油缸對(duì)動(dòng)臂重力的平衡作用不明顯，則系統(tǒng)節(jié)能效果不明顯。動(dòng)臂下降過程中，如果蓄能器的初始工作壓力太高，隨著動(dòng)臂的下降，液壓蓄能器壓力逐漸上升，使平衡油缸的回油背壓升高，而使得動(dòng)臂下降困難，需要增加驅(qū)動(dòng)油缸有桿腔壓力來迫使動(dòng)臂下降，從而增加系統(tǒng)的能量損耗，即出現(xiàn)過平衡。為防止出現(xiàn)過平衡而導(dǎo)致動(dòng)臂操控性變差和額外的能量消耗，有平衡系統(tǒng)的蓄能器最大工作壓力不能超過無平衡系統(tǒng)時(shí)動(dòng)臂驅(qū)動(dòng)油缸無桿腔的最高工作壓力。圖２為傳統(tǒng)１．５ｔ液壓挖掘機(jī)動(dòng)臂下放時(shí)的驅(qū)動(dòng)油缸無桿腔壓力變化曲線。從圖２看出，動(dòng)臂下降時(shí)，驅(qū)動(dòng)油缸無桿腔最大壓力為４．３ＭＰａ，因此蓄能器最高工作壓力需滿足ｐ２≤４．３ＭＰａ。圖２無平衡系統(tǒng)動(dòng)臂下放時(shí)驅(qū)動(dòng)油缸無桿腔壓力曲線Ｆｉｇ．２ＰｒｅｓｓｕｒｅＣｕｒｖｅｏｆＮｏｎ－ｒｏｄＣｈａｍｂｅｒｏｆＤｒｉｖｉｎｇＣｙｌｉｎｄｅｒｗｉｔｈＢｏｏｍｄｏｗｎＷｉｔｈｏｕｔＢａｌａｎｃｅＳｙｓｔｅｍ（２）單位體積的能量密度液壓挖掘機(jī)的裝機(jī)空間有限，因此有必要提高液壓蓄能器的儲(chǔ)能密度。影響蓄能器儲(chǔ)能密度的主要參數(shù)有額定容積、最低與最高工作壓力等。蓄能器的儲(chǔ)能Ｅ計(jì)算式為Ｅ＝∫ＶＶ０ｐｄＶ＝ｐ１Ｖ１１－［ｎ１（－ｐ１ｐ）２１－ｎ］ｎ＝ｐ０Ｖ０１－［（ｎＶ０）Ｖｎ－１－］１（２）根據(jù)式（２）可以得到以下結(jié)論：增大蓄能器的額定容積能增大蓄能器存儲(chǔ)的能量，但增大蓄能器的容積要受到空間的限制；對(duì)一個(gè)選定的氣囊式蓄能器，在絕熱條件下，為了使蓄能器的儲(chǔ)能效果最
【作者單位】： 華僑大學(xué)機(jī)電及自動(dòng)化學(xué)院;
【基金】：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51505160,51205140) 高校產(chǎn)學(xué)合作科技重大項(xiàng)目(2013H6015) 流體動(dòng)力與機(jī)電系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目(GZKF-201517) 福建省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2015J01206) 華僑大學(xué)中青年教師科研提升資助計(jì)劃項(xiàng)目(ZQN-YX201)
【分類號(hào)】：TU621

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9 姚凱;邢科禮;金健;;液壓蓄能器效率特性研究及試驗(yàn)[J];液壓與氣動(dòng);2013年07期

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本文編號(hào)：2546034