混合动力液压挖掘机能量回收系统仿真研究

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新型混合动力挖掘机动臂势能回收系统研究

ＺＨＯＵｎ —ｂｎ，ｉ — ｕ，ＨｏｇｉｇＬＩＴｅｈｉＺＨＡＮＧ —ｑｎ，ＵａｇｈｎＤａｉｇＬＩＣｈｎ —ｓｅｇ，
（．ＳｔＫｙＬｂｒｔｙｏｉ — ｅｆｍａｃｏｌｎｆｔｒｇＣｎｒｏｔＵｉｒｉ，１ｔｅｅａｏａｒｆｇｐｒｒｎｅｃｍｐｘｍａｕａｕｉ，ｅｔＳｕｎｖｓｙａｏｈｈｏｅｃｎｌａｈｅｔ
ＣｈｎｓａＨｕｎｎ４１０ａｇｈａ０８３，Ｃｈｉａ；ｎ
２ＨｎｎＳｎａｎｌｇｎｃｉｅｏ，ｔ．Ｃａｇｈｕａ１１０ｈｎ）．ｕａｕｗｒＩｔｌｅｔｄｅｉＭａｈｎｒＣ．ＬｄｈｎｓａＨｎｎ００，Ｃｉａｙ４
ＡＢＳＴＲＡＣＴ：ｔｔｅｃｒｅｔｔｅｐｔｎｉｌｅｅｇｆｒｉｇｄｖｃａｏｅｎａｈｅｅｏｅｏｅｆｃｉｅｙｉＡｈｕｒｎ，ｈｏｅｔｎｒｙｏｋｎｅｉｅｈｓｎｔｂｅｃｉｖｄｆｒｒｃｖｒｅｆｔｌｎａｗｏｙｅｖｈｂｄｈｄａｌｘａａｏ，ａｎｗｓｓｍｆｂｏｐｔｎｉｎｒｅｏｅｈｃｏｔｉｓａｄｈｄａｌｔｒｗａｙｒｙｒｕｉｅｃｖｔｒｅｙｔｏｏｍｏｅｔｅｅｇｒｃｖｒｗｉｈｃｎａｎｎｙｒｕｉｍｏｏｓｉｃｅｌａｙｙｃｄｓｇｅ．Ａｍｉｉｅｃｖｔｒｏｕｗｒｓａａｙｅｎｔｉｓｓｅ，ａｄｉｙｒｕｉｓｓｍｉｌｔｎｍｏｅｓｅｉｎｄｎ — ｘａａｏｆＳｎａｄｗａｎｌｚｄｉｈｓｙｔｍｎｔｈｄａｌｙｔｓｍｕａｉｄｌｗａｓｃｅｏｅｔｂｉｅｎＡＭＥｓｓｍｕａｉｎｅｖｒｎｎ．ＡｔｐｆｍｏｏｐｅｏｓａｔｃｎｒｌｓｒｔｇａｅｎｔｅｃａｓｃｓａｌｈｄｉｓｉｉｌｔｎｉｍｅｔｙｅｏｔｒｓｅｄｃｎｔｎｏｔｔｅｂｓｄｏｈｌｓｉｍｏｏｏａｙＰＤｃｎｒｌｗｓａｐｉｄＴｅＡａｎＩｏｔａｐｌ．ｈｄｍｓａｄＡＭＥｉｃ－ｓｌｔｎｗａｓｄｔａｃｌｔｈａａｌｏｄｏｉｇｔｈｏｅｓｍｏｉａｉｓｕｅｏｃｌｕａｅｔｅｖｒｂｅｌａｗｎｏｔｅｍｕｏｉｂｏｆｌｎｏｎｏｍａｌｇｄｗ．ＦｎｌｉｉａｌｈｆｃｅｃｆｔｅｗｏｅｓｓｅＳｐｔｎｉｎｒｙｒｃｖｒｓｏｔｉｅ．Ｔｅｒｔａｙ，ｔｅｅｉｎｙｏｈｌｙｔｍ’ ｏｅｔｅｅｇｅｏｅｗａｂａｎｄｉｈｌａｙｈｏｅｉｌｃ

液压挖掘机动臂能量回收单元分析与研究

液压挖掘机动臂能量回收单元分析与研究针对液压挖掘机动臂电气式能量回收系统的结构，以液压马达-发电机单元作为其能量回收单元，建立了能量回收单元的数学模型，提出了能量回收单元的转速控制方法；考虑到液压马达入口压力的变化，引入了扰动补偿以提高系统的抗干扰能力；在此基础上建立了相应的传递函数模型，并对设计的控制方法进行了仿真研究。

研究结果表明：液压马达-发电机单元是影响动臂能量回收性能的关键部分；所设计的控制方法具有理想的动态性能和稳态精度；控制系统采用扰动补偿后转速波动可下降50%左右，能量回收单元的抗干扰性能得到较好的改善。

标签：液压挖掘机；动臂；能量回收；液压马达；发电机1 概述21世纪以来，全世界范围内的能源危机和环境问题日益加剧，液压挖掘机作为工程机械建设中的主要施工机械，它的高油耗、差排放和高污染等缺点，迫使其得到了广泛关注[1]。

液压挖掘机各执行机构的负载惯性较大，各机械臂的上下摆动比较频繁，在机械臂下放制动时，具有很大的势能，因此在动臂下降的过程中，大量的势能转化为热能消耗在动臂主控阀的单向节流孔上。

所以，对动臂势能的回收具有重大意义[2]。

目前国内外对挖掘机动臂势能的回收利用已做了大量研究，并取得了一些成果[3]。

由于混合动力在汽车上的成功运用[4]，对于挖掘机的混合动力研究也在进行中[5-8]。

其中以电气式混合动力回收尤为突出，即将动臂下降释放的势能通过发电装置转化为电能并储存，其能量再利用的方式比较灵活，为混合动力系统提供电能储存的蓄电池或者是超级电容可以将回收的能量直接用于驱动各种用电器。

对于电气式能量回收系统，通常采用液压马达-发电机单元作为能量回收单元。

因此，能量回收单元的参数设定及建模分析对能量回收具有重大意义，对此也有学者进行了研究[9-10]。

文章针对液压挖掘机电气式能量回收系统的结构，以液压马达-发电机单元作为能量回收单元，建立了能量回收单元的数学模型，提出了能量回收单元的转速控制方法，考虑到液压马达入口压力的变化，引入了扰动补偿以提高系统的抗干扰能力，在此基础上建立了相应的仿真模型，并对设计的控制方法进行了仿真研究。

混合动力挖掘机动臂势能回收系统比较研究

ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＣｏｍｐａｒｉｓｉｏｎｆｏｒＰｏｔｅｎｔｉａｌＥｎｅｒｇｙＲｅｃｏｖｅｒｙＳｙｓｔｅｍｏｆＨｙｂｒｉｄＥｘｃａｖａｔｏｒ
统，动臂下降时，换向阀１处于左位，动臂无杆腔油液经换向阀１、节流阀、单向阀进入蓄能器。此后动臂提升时，蓄能器与泵共同提供动力，并通过电磁比例阀
式如图３所示仿真模型，蓄能器释放的高压油驱动辅
助马达，辅助马达与发动机共同带动泵工作，从而减小发动机的功率输出。图１所示为蓄能器．平衡缸式直接动力势能回收系统，动臂下降时，平衡缸无杆腔油液进入蓄能器，因
３，控制蓄能器与泵输出流量的混合程ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 。
蓄能器的背压作用，在后续的动臂上升下降过程中，平衡缸对动臂施加一个辅助举升力，相当于减小了原动
臂缸的负载。
２０１３年第１Ｏ期
液压与气动
７１
所示，在ＡＤＡＭＳ软件中建立多体动力学系统，进行联合仿真。动臂上升下降过程中油缸的进出油口压力曲线与位移曲线的仿真值与实测值的比较如图５所示，其中仿真曲线压力波动衰减较慢，是因为没有考虑系
分为直接动力式与辅助动力式。直接动力式为回收的能量经蓄能器储存后，直接释放驱动执行元件工作，如图１３Ｊ、图２ｌ４所示仿真模型。本研究提出的辅助动力

混合动力挖掘机工作装置液压系统设计及仿真研究

ＬＶＱｉｈｕｉ
（ＧｕａｎｇｄｏｎｇＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ，ＧｕａｎｇｚｈｏｕＧｕａｎｇｄｏｎｇ５１０６５０，Ｃｈｉｎａ）
ｈｙｄｒａｕｌｉｃｍｏｔｏｒｗｅｒｅｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｅｎｅｒｙｇｒｅｃｙｃｌｉｎｇｏｆｔｈｅｂｏｏｍｃｙｌｉｎｄｅｒｇｒａｖｉｔａｔｉｏｎａｌｐｏｔｅｎｔｉｌａｅｎｅｒｇｙａｎｄｔｕｒｎｔａｂｌｅｉｎｅ￣ｉｌａｋｉｎｅｔｉｃｅｎｅｒ — ｇＹｗａｓｒｅａｌｉｚｅｄ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔａｄｏｐｔｉｎｇｔｈｅｄｅｓｉｇｎ，ｔｈｅｅｎｇｉｎｅｉｎｓｔｌｌａｅｄｐｏｗｅｒａｎｄｆｕｅｌｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎａｒｅｒｅｄｕｃｅｄ，
液压挖掘机是使用范围最广的工程机械产品，随着我国基础设施建设力度加大，挖掘机市场取得了爆发性增长。目前在用的液压挖掘机功率匹配系统中，柴油机与液压泵作为动力系统在最大负载时才能较好地进行功率匹配，但挖掘机作业工况复杂，负载波动
低了发动机装机功率及油耗，可以节约能源、减少排放污染。关键词：混合动力液压挖掘机；方案设计；能量回收

研究油液混合动力挖掘机压差补偿能量回收及动力控制

研究油液混合动力挖掘机压差补偿能量回收及动力控制研究油液混合动力挖掘机压差补偿能量回收及动力控制引言油液混合动力挖掘机是近年来受到广泛关注的环保型工程机械。

其利用电动机和内燃机的混合动力系统，能够显著降低燃料消耗和排放。

在挖掘机行业的发展中，研究油液混合动力挖掘机压差补偿能量回收及动力控制成为一个热门领域。

本文将深入探讨该主题的多个方面，并分享笔者的观点和理解。

1. 油液混合动力挖掘机压差补偿能量回收油液混合动力挖掘机在工作过程中常常会有大量的压力差产生，例如液压缸在下降时会产生高压差，而回路调整时会产生低压差。

利用这些压差进行能量回收成为一种有效的方式，可以提高油液混合动力挖掘机的能源利用效率。

通过合理设计压差补偿装置，将压差能量转换为电能或储存到超级电容器等设备中，可以实现能量的回收和再利用。

2. 油液混合动力挖掘机压差补偿能量回收的技术挑战虽然压差补偿能量回收技术在理论上具有很大的潜力，但实际应用仍面临一些技术挑战。

首先，需要设计合适的压差补偿装置，以确保能量的转换效率和系统的可靠性。

其次，需要针对不同工况和加载条件进行系统建模和控制策略的优化，以实现对能量回收过程的精确控制。

此外，压差补偿能量回收系统的成本和体积也是需要考虑的因素。

3. 油液混合动力挖掘机动力控制动力控制是油液混合动力挖掘机的关键技术之一。

通过合理控制电动机和内燃机的工作状态和功率分配，可以实现优化的动力输出和燃料消耗。

其中，控制策略的制定和实现是至关重要的。

常见的控制策略包括负载预测控制、功率分配控制和能量流分配控制等。

这些策略可以根据实际应用需求进行优化，以实现油液混合动力挖掘机的高效工作和节能减排。

4. 总结与展望通过深入研究油液混合动力挖掘机压差补偿能量回收及动力控制，我们可以看到该技术在提高挖掘机能源利用效率和环境友好性方面具有巨大潜力。

然而，仍需要进一步研究和实验以解决技术挑战，并探索更加成熟和可行的应用方案。

蓄能器在液压挖掘机能量回收中的仿真研究

明，该节能系统节能效果较为明显，液压挖掘机能耗得到了降低。
关键词：液压挖掘机；蓄能器；回转系统；能量回收；ＡＭＥｉＳｍ仿真中图分类号：Ｈ１７３Ｔ３－文献标志码：Ａ文章编号：６２８０２１）２０１－０１７ —９４（０２０ —０８０４
不足时提供瞬时补充流量。由于蓄能器能够在油源
功率冗余时吸收能量，而在功率不足时瞬间补充存储
的液压能，因而二次调节系统油源中的恒压变量泵一
１ＡＭＥｉ真软件介绍Ｓｍ仿
ＡＭＥｉ一套由法国ＩＳｍ是ＭＡＧＮＥ公司推出的应Ｉ
４输出结果方便）
仿真结果可自动显示为动画
２０％左右。回转运动在液压挖掘机的所有工作循环和曲线图形。
２蓄能器
蓄能器是液压系统中的重要辅助元件，响应能其
力对改善系统性能有很重要的影响。
高佩川孙孟辉李建启
（南京工程学院机械＿丁程学院江苏南京２１６１１７）
摘要：液压挖掘机在工作过程中存在着较大的能量损失，其原因是其转台转动惯量大且需要频繁启动和制动，而故
进行能量回收方面的研究有着较为重要的意义。针对液压挖掘机回转液压系统，采用蓄能器进行能量回收，并在转台反向启动时予以释放，以实现转台制动能量的回收和再利用。同时，液压挖掘机能量回收系统中的蓄能器参数的选对择进行了分析。在此基础上对节能方法的能量回收机理进行了分析，利用ＡＭＥｉ并Ｓｍ软件进行了仿真试验，结果表

液压挖掘机回转液压系统能量回收研究

础上，分析节能系统的能量回收机制，并通过ＡＳ进行仿真试验。试验结果表明：该节能系统的节能效果较为明显，ＭＥｉｍ液压挖掘机能耗得到了降低。
关键词：液压挖掘机；回转系统；能量回收；ＡＥｉ真ＭＳｍ仿
２１０２年７月第４０卷第１４期
机床与液压
ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＣＳＩ
Ｊ１２２ｕ．０１
Ｖｏ．０Ｎｏ１１４．４
ＤＯ：１．９９ｊｉｓ．０１—３８．０２１．１Ｉ０３６／．ｓｎ１０８１２１．４０９
中图分类号：Ｔ３．Ｈ１７５文献标识码：Ａ文章编号：１０ — ８１（０２１０１３８２１）４—０１５ —３
ＲｅｅｒｈｎＥｎｒｙＲｅｅｅａｉｎｉＳｌｗｉｅｇｓｖｎｇＳｓｅｏｓａｃｏｅｇｇｎｒｔｏｎｅｎｇＥｎｒｙ－ａｉｙｔｍｆ
ｔｅｔｅｒｆｅｅｇｅｅｅａｉｎｏｈｅｅｅｇｓｖｎｙｔｍｓａｌｚｄ．ＴｈｉａｉｎｅｐｒｍｅｔｗａａｒｅｙＡＭＥＳｍ．Ｔｈｅｈｈｏｏｎｒｒｇｎｒｔｏｆｔｎｒｙ—ａｉｇｓｓｅｗａｎａｙｅｙｙｅｓｍｕｌｔｏｘｅｉｎｓｃｒｉｄｂｉｅｐｅｉｅｔｌｒｓｔｓｏｈｔｅｅｇ —ａｉｇｅｆｃｓｏｉｕｎｎｒｙｌｓｓｄｅｒａｅ．ｘｒｍｎａｅｕｌｈｗｓｔａｎｒｙｓｖｎｆｅｔｉｂｖｏｓａｄｅｅｇｏｓｉｃｅｓｄＫｅｗｏｄｓ：Ｈｙｒｕｉｘａａｏｙｒｄａｌｃｅｃｖｔｒ；Ｓｌｗｉｇｅｒｙｓｖｎｙｔｍ；Ｅｎｅｇｅｅｒｔｏｅｎｎｅｇ — ａｉｇｓｓｅｒｒｇｎｅａｉｎ；ＡＭＥＳｍｉｌ挖掘机回转液压系统能量回收研究

混合动力液压挖掘机动臂能量回收方案设计与仿真研究

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混合动力液压挖掘机动臂能量回收方案设计与仿真研究
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液压挖掘机能量回收系统的仿真分析

液压挖掘机能量回收系统的仿真分析
李培，韩雪，吴文海，柯坚
（．西南交通大学机械工程学院，四川成都６０３；１１０１２成都南车隧道装备有限公司，四川成都６０３）．１０１
摘要：普通液压挖掘机在典型工况下，动臂、斗杆和铲斗下降存在着巨大的势能浪费，并且由此而引起液压元件发热、失效等问题。针对这些情况，设计一种由换向阀、液压马达、发电机和蓄电池组成的能量回收系统。采用ＡＥｉ建ＭＳｍ立了挖掘机工作装置和液压系统的仿真模型。仿真结果表明：在一个工作周期中，动臂可回收能量最高，且其对应回收系统中蓄电池的荷电状态值（Ｏ）增加最多。所以在进行混合动力挖掘机设计时，优先对动臂的能量进行回收，可以在控ＳＣ
斗、斗杆和动臂都会频繁往复运动，它们都具有较大的惯性，在减速制动时会造成很大的能量浪费，所以
液压挖掘机一直存在能耗高、排放差等问题。然而根
据现代都市型施工的特点，施工企业对工程机械的环境性能要求越来越高，如低噪声、低振动、清洁排放等，同时面对当今社会能源紧缺、环境问题日益严重
ｔｅｍｍｍｒｃｖｒｌｅｅｇ，ａｄｔｅｂｔｒ’Ｓｓｔｏｃａｇ（Ｏ）ｉｅｃｒｓｏｄｎｃｖｒｓｍｉｃａｅｍｓＳｈ￣ｉｕｏｅｅｎｒｎａｅｅｂａｙｈｔｙｔｅｆｈｒｅＳＣｎｔｏｒｐｎｉｇｒｏｅｓｔｒｓｓｏｔｏａｈｅｅｙｙｅｎｅ．
一

液压挖掘机动臂能量回收实验系统研究

（．ｈｎｄＣＲＴｎｅＥｕｐｎｏ，ｔ，Ｃｅｇｕ１１０Ｃｉａ１ＣｅｇｕＳｕｎｌｑｉｍｅｔＣ．ｄｈｎｄ６００，ｈｎ；Ｌ
２ｏｌｇｏＭｅｈｎｃｌｎｉｅｒｎ，Ｓｕｈｅｔｉｏｏｇ．ＣｌｅｆｅｃａｉａＥｇｎｅｉｇｏｔｗｓａｔｎＵｎｖｒｉ，Ｃｅｇｕ１０１ＣｉａＪｉｅｓｔｙｈｎｄ６０３，ｈｎ）
摘
要：针对混合动力挖掘机设计研发过程中，进行动臂能量回收实验存在的一些问题，设计了一种模拟负载动臂能量回收实验系
统，用来代替进行实际动臂系统中的能量回收实验。通过建模仿真，比分析了两种系统中的各项性能参数，证了采用模拟负载系并对验统进行实验的可行性。关键词：动臂；量回收；拟；验系统能模实中图分类号：Ｈ１７９Ｔ３．文献标识码：Ａ中图分类号：１０ — ８３２１）８０３ — ３０８０１（０１０ — ０８０
液压气动与－￣／０１Ｗ－２１年第８期
液压挖掘机动臂能量回收实验系统研究
韩雪１李培ｚ
６００；１１０
６０３）１０１
（．成都南车隧道装备有限公司，四川成都１
２．西南交通大学机械工程学院，四川成都

混合动力液压挖掘机液压

。
中图分类号：ＴＨｌ３７
将电能储存在电池或电容当中。
Ｕ日【Ｊ舌厂丑
液压挖掘机在工作过程中，动臂、斗杆和铲斗的上下摆动以及回转机构的回转运动比较频繁，又由于各运动部件惯性都比较大，所以减速制动时会释放出大量的能量。这部分能量通常都消耗在液压阀的阀口上，不仅浪费了能量，还会导致系统发热和元件寿命的降低。为了减少能量损耗和系统发热量，提高元件的寿命，能量回收成为液压挖掘机节
如图８虚线所示，马达回收的操控性能受三方面因素的影响：液压执行元件的外部载荷、液压执行元件和回收马达的泄漏以及发电机的速度刚度。
马达回收的操控性能主要体现在速度控制性能和抗干扰性能两个方面。３．２．１速度控制性能
速度控制性能是指执行元件运行速度与控制系统目标速度的符合程度。一方面表现在执行元件对缓变信号的跟随性能，另一方面表现在执行元件
机，与发动机共同驱动负载的工作
电流
Ｃ——节点容量
厶＝（％一玑）／‰
（５）
式中魄和‰分别为电池的开路电压和内阻，是荷
图３液压马达能量回收仿真系统图
如图３所示，左侧为双泵驱动的混合动力液压挖掘机简化系统，其４个执行元件的回油没有直接回油箱，而是接到图右下方马达能量回收系统中液压马达的进油口。马达经减速器Ｒ带动发电机Ｇ发电，其电能经变频器１２整流并储存在电池当中，系统需要时，电池中的电能释放出来经变频器输送给电动机Ｇ／Ｍ，为发动机Ｅ提供辅助动力。
能量回收的仿真模型，对各执行元件的可回收能量所占比重和系统的节能效果进行仿真计算。搭建混合动力液压
马达能量回收试验台，进行能量回收过程中的能量转化效率和操控性能的试验研究。试验和仿真结果表明，在混
合动力液压挖掘机系统中采用马达能量回收和发电机转速控制执行元件运动速度的节能方案是可行的。

超大型液压挖掘机混合式动臂势能回收系统设计及仿真分析

Key wordt: super larae, excavatgr, boom, potential eneray recavec, simulation
收稿日期：2018W8W1 基金项目：江苏省自然科学基金！ BK20150186）;江苏省高校优秀中青年教师和校长境外研修计划（苏教办师〔2018〕3号）；江苏省科协青年科技人才托举工程（苏科协发12018J202号）；徐州市科技项目（KH17013）；徐州工业职业技术学院科技项目博士专项（ XGY2017EA01）作者简介:李建松（1985—）,男，河北唐山人，博士研究生，主要从事工程机械电液控制系统方面的研究工作。
accumulatgr and a auxiliac cylinder is included, and the eneray will ba reused te tn the boom raise. A siniuytion
modeosiieeup.Thekeypaaameeeaiaoeaesngehepoeenesaoeneagyaeaoeeayand eneagyeosasenayaaeanaoyzed.The aeiuoeiihowehaeehehybasd boom po een esa oene agy ae co ee ay icheme ha ibe ee aene agy ae co ee ay e oe ce. The p aopo ied ichemecan aecoeeapoeenesaoeneagyand smpaoeeeneagyeoscsencyoohydaauosciyieem.
（1. School of Mechatronic Engineering, China Universite of Mining and Technology, Xuzhou, Jiangsu 221116； 2. Research and Development Center for Intelliyent Manufacturing Technology of Engineering Equipmeni, Xuzhou Collexe of Industrial Technology, Xuzhou, Jiangsu 221140； 3. Excavating Machine^ Co., Lti of XCMG, Xuzhou, Jiangsu 221000）

并联式油液混合动力挖掘机动力系统仿真研究_张敏杰

器组成，如图４所示。其中发动机、液压马达／泵
中国机械工程第２１卷第１６期２０１０年８月下半月
· · ｄＶｋｔａｎＶ１ｐ＝ｎｍｋａｎ＝ｎｍ２ｅ２ｔ３ｐ φ＋β φ＋ｋｄｔ１２－ｋ．７８×１０３＝３
６］。并联系统由发动机和液压蓄能成本高［复杂、
图５并联式油液混合动力挖掘机动力系统原理图
３油液混合动力系统仿真模型
它包ＭＡＴＬＡＢ中的仿真模块如图６所示，含控制模块、蓄能器模块、液压马达／泵ＰＩＤ模块、模块以及发动机模块。该仿真模型采用闭环控制，控制对象为发动机的转速。输入为实际的挖掘机载荷谱。控制模块根据ＳＯＣ值确定油门开度以及目标转速。 ·１９３３·
实现局部功率匹配的，因此，现有液压挖掘机不可能实现全局功率匹配，必须重新考虑挖掘机的动
２］。力结构［
１挖掘机工况及发动机工作点
传统的液压挖掘机由行走机构、回转平台、动臂、斗杆、铲斗、行走马达等工作装置组成，主要运动有整机行走、转台回转、动臂升降、斗杆收放、铲斗转动等。每个动作由多个关节复合完成，每个关节工作所需要的功率相差很大。加上挖掘机工作环境恶劣，土壤情况差，扭矩变化大，因此泵的出口压力波动剧烈。由于泵直接吸收发动机的输因此发动机输出扭矩波动剧烈，如图１所出扭矩，示。传统挖掘机发动机的工作点是漂移的，大部分的工作点分布于高油耗区，燃油效率低，如图２

基于能量回收再利用的液压挖掘机回转系统节能研究

渐增高。由图６以看出，可当上车转角在６。ｌ０范围内Ｏ～８。时，随着回转角度的增大，量回收再利用率增加，能也即随着最高转速的增加，能量的回收再利用率增加，
最终趋于４７％左右。这说明当上车转角在６￣８。０￣０范围内时，角越大，越有利于制动过程中上车动转就
出了如下结论：
１３１８０—０．
２０，）１３００６：－．（
１该回转液压系统可以实现液压挖掘机回转制）
［］范影乐，６杨胜天，轶．ＴＡ李ＭＡＬＢ仿真应用详解［．Ｍ］北
京：民邮电出版社，０１人２０．
பைடு நூலகம்
动时的能量回收、储存，以及在下次起动过程中这部
Ｒｅｅｒｈｏｄａｌｘａａｏ ’ ｎｒｙＳｖｎｓｄｏｓａｃｎＨｙｒｕｉＥｃｖｔｒＳＥｅｇａｉｇＢａｅｎｃＥｎｒｙＲｅｏｅｙａｄＲｅｓｅｇｃｖｒｎｕｅ
２能量回收再利用率随液压蓄能器容积和预充）
气压力的增大而增大，最终趋于某一定值。
３当回转角度在６。１０范围内时，）０～８。能量回收再利用率随着回转角度的增大而增大，并最终趋于某一
定值。
参考文献
嘲转期ｊ严ｌ＝￡
［］刘崇．１观拉斯韦加斯展会谈液压挖掘机发展［］建筑机械Ｊ．
机回转系统的能量回收再利用情况，能量回收再利用用率作为基于能量回收再利用的液压挖掘机回转系

混合动力液压挖掘机能量回收系统

图书分类号：密级：毕业设计(论文)混合动力液压挖掘机能量回收系统Energy Recovery System of Hybrid HydraulicExcavator学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。

除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

论文作者签名：日期：年月日学位论文版权协议书本人完全了解关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归所拥有。

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论文作者签名：导师签名：日期：年月日日期：年月日摘要混合动力的研究在整个机械行业大为兴起，为了研究能量回收的动态过程在混合动力挖掘机中的实现可能，提高能源利用率和进一步发展回收技术。

建造能量回收系统模型，仔细剖析挖掘机动臂和斗杆的势能转变．以及动臂油缸、斗杆油缸和负载电磁转矩的变化规律，进行了有效分析和思考．关键词：挖掘机；能量回收；动臂势能；能量回收控制方法AbstractHybrid research greatly rise in the machinery industry, to study the dynamic process of energy recovery in hybrid excavator, the implementation may improve energy utilization and further development of recovery technology. Building energy recovery system model, carefully analyze the mining mechanical arm and arm potential energy shift. And movable arm oil cylinder, bucket rod oil cylinder and load change law of electromagnetic torque, the effective analysis and thinking.Keywords excavator Energy recovery The movable arm potential energy Energy recovery control method目录摘要 ........................................................................ I Abstract .. (II)1 绪论 (1)1.1 液压挖掘机现状简介 (2)1.1.1 混合动力的应用 (3)1.1.2 国内外现今研究状况及发展动态 (3)1.1.3 混合动力 (6)2 原理方案图设计 (10)2.1挖掘机液压系统的要求及构成 .......................... 错误！未定义书签。

混合动力挖掘机回转系统仿真模型的建立与分析

5/3 2
ε=
式中
M =C J
（4）满斗回转 J=128G （kg · m ） ω1 εJ= M +C ωq2 = ω12 J （2） == t = ω 5/3 2 Mt1t S 1 × tM J （5）空斗回转 J0=72G （kg · m ） 2 =M ε= = Cε 1 + ε ωC M = 2 = 1 J J1 式中 G——整机质量，t。 J 式中 ω 1——等加速结束或变加速开始时平台的 J t1 2= ω = ω1 ϕ1 = J ω ω1 1 ε31 M 2.2 用 PRO/E 三维软件计算转动惯量 ω J 瞬时角速度，。 t = 2M ω13rad/s 1 = 2ω ω ω1 1 t+ 1 = q = ε ϕ M = M M εJ M 利用 PRO/E 软件建立挖掘机三维模型（见图 ε 等加速阶段平台转角为 = =C ε =S =6C = ϕ ω12 。 M 1ω 1 2 + ω2 ω J J2 J J 1 qJ 2 M 2），通过“分析质量属性”选项可以计算出挖掘机 ϕ1 = t S = ωt1 + t = = ω12 × M M 1 2M ω1 J 2ϕ 2 ω 加速阶段平台总加速时间为 ε = = C ω1 J 1 J 2 M 1 t1 = = ω1 t1 t= ω1 J 12 J 回转机构的转动惯量。在建立模型时应首先定义模 ωq2 + ω B = = ωq M ε M εM 2t 2 +t = = × t B 2 S ω 1 型的材料属性、密度属性以及工作装置的摆放位 2 + ω J 1 3q 3 ωω M J ωq22+ 1 1 1 2 = + = × t t t 2 ω ω + 1 2 J1Jω t = = ω q （3） J = + = × t t t 2 S 2 1 1 q 1 2 S 2ω M ϕ1 = ϕ1 = ω1 ϕ ω 1 S= M 置，上述参数的设置应与实车一致，否则将影响转 ϕ 2ω1ε B = 6 M1 ω1 2M 2M 2CM 3 动惯量的计算结果。式中 ω q——变加速阶段结束时平台角速度。 ω13 + 2ωq J 2 3 ϕ =2 = ϕ ω 2 ω 32 + 2ω 1 1 2 S 3 3 ϕJ ω +ω 1 + ω 2M J 6 M 2ω +1ω U q ω ω qω 1 qJ = 1 q = = t1 + t 2 =ϕ S q= ttSBt1= × t S 加速阶段平台总转角为 + = × t1 t 。 ϕ 2 S M B 2ω1 6Mω M 2ω ω1q 61Mω1 M ωq2 + ω12 J J 2 ω J = ω t × q t S = t1 + t 2 = 1.2 满斗回转时平台减速过程 J B = M q B 1M 2ω1 M 3 3 B 3 JB ω t B3 = ϕC q = = 2 CM 2 ω ω + 2 ω ω + = ω t q 1 B q2 MB 为常 M 2 q B = M η ϕ S在一般情况下，挖掘机的制动力矩 = 1 ϕS M ωq 0 JB I 6Mω1 MB 大于启动力矩 6M ω 2 ϕ M 数，且制动力矩 3 ϕUM B1 = 2 ，平台满斗 ω J ω13 + 2ωq q 2 CM ωq J == ϕB = t e ϕ = ϕB = S ωG qJ 2CM J 6Mω1 2CM ω q [1] t B = P ω q ， tB = 回转减速时间为平台减速时转角 ϕ U t =D MB 3 1 B ϕU M M 0 M ( ) = ⋅ Σ N + Σ N Bμ d ⋅ 1 ϕ J ω q t = f GM H U 2 2 = C = Jω 2 t =2 ωq tB = 2 Jω q M q ηω 0 q MB y 为 ϕB = 。 ω qϕ B = I z M MB x 1 2CM 2 CM 2 M = 0 . 3 D e = = C ≤ 0 ω J 2 e= G q M 1P η MB 1 1.3 满斗时平台匀速回转过程 0ϕ B = I = C= B ϕ G ϕU P2 C = = U 图 2 PRO/E 挖掘机三维模型 2 CM 2 M η0 t= t= I M I η0 M ，则其设液压挖掘机平台单向回转总转角为 D e = ωq N = 1414 G ω q GM P MM f = ) μd ⋅ 0G ⋅( ΣN ϕH GM + ΣN M U P 3 挖掘机回转受力分析 e = 2 e = U= -G S- B, 匀速回转时间为 t = 。匀速转角为 P MB 1 M 1 M G ωq D P = 2 C= Ce==M B = 0 .D 3= D > ) 回转启动力矩和制动力矩计算 M μ d ⋅ 0 ⋅ (ΣN GM + ΣN H3.1 0 f2 0η . 3 e= M ≤ D M I η0 0 G 0 2 0 D ) M f = μ d ⋅GP IP ⋅ (M ΣN + Σ N 0 GM H ⋅ (ΣN M B + Σ1 N ) f = μd ⋅ = 2H C = GM M M2 2828 M GP ·e 2 e= e= N e == 0.3k D M I η0 e0 M N GM= 1414G≤

油液混合动力挖掘机动臂势能回收系统

油液混合动力挖掘机动臂势能回收系统管成;林名润;吴超;张立银;杨晗峰【期刊名称】《计算机集成制造系统》【年(卷),期】2012(018)003【摘要】针对传统液压挖掘机工作装置在作业过程中所产生的能量损失，提出了一种油液混合动力挖掘机动臂势能回收系统，以改善挖掘机的燃油与环保性能，分析了影响动臂势能回收利用的主要设计参数，建立了挖掘机虚拟样机模型和液压系统相关元件的数学模型。

基于主辅动力源出口压力差分配流量的方法，设计了油液混合动力挖掘机势能回收利用的控制策略。

理论分析与仿真结果表明，具有动臂势能回收利用功能的油液混合动力挖掘机能量利用率得到明显提高，系统的操作性能基本不受影响，从而验证了所设计的系统方案和控制策略的有效性。

%Traditional hydraulic excavators have energy loss during operating process. Aiming at this problem, a re- covery system for boom potential energy of hydratllic hybrid excavator was proposed to improve fuel economy as well as environmental performance of excavators. The main design parameters of boom potential energy recovery were analyzed, and the virtual prototype and the mathematic models of hydraulic components were established. Based on the approach that flow distribution was derived from the outlet differential pressure between main power sources and auxiliary, an applicable control strategy of hydraulic excavator＇s potential energy recycling was designed. The simu- lation results indicated that the energy utilization ratio of proposed excavator was improved obviously,while the operating performance was unaffected. Therefore the effectiveness of designed system scheme and control strategy was verified.【总页数】7页(P583-589)【作者】管成;林名润;吴超;张立银;杨晗峰【作者单位】浙江大学机械设计研究所,浙江杭州310027;浙江大学机械设计研究所,浙江杭州310027;浙江大学机械设计研究所,浙江杭州310027;山推工程机械股份有限公司研究院,山东济宁272100;中程科技有限公司,浙江杭州310000【正文语种】中文【中图分类】H137【相关文献】1.混合动力挖掘机动臂势能回收系统比较研究 [J], 秦家升;赵继云;李宗;王振兴2.混合动力挖掘机动臂势能回收系统研究 [J], 裴磊;管成;邱清盈3.新型混合动力挖掘机动臂势能回收系统研究 [J], 周宏兵;李铁辉;张大庆;李赛白4.混合动力液压挖掘机动臂势能回收系统 [J], 林潇;管成;裴磊;潘双夏5.油液混合动力液压挖掘机动臂势能回收系统 [J], 赵丁选;陈明东;戴群亮;章二平;徐春博因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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１系统模型的建立
针对挖掘机液压能量回收系统的工作原理，建立整个系统的仿真模型．考虑到铲斗势能回收能量较少，里只对动臂和斗杆油缸与液压回路所构成这
元件寿命．液压挖掘机正常工作时，液压系统的其
Ｖｏ＿ＮＯ．ｌ２８１
Ｊｎ．２０１ａ０
４３
文章编号：６１１１（００Ｏ－０３０１７－３２１）１４－５０５
混合动力液压挖掘机能量回收系统仿真研究
代鑫，张承宁，梁新成
中压力、度的变化，对能量回收效率进行了分速并
析．
会频繁运动，由于它们都具有较大的惯性，工作过在
程中存在着很大的能量浪费．据统计，产挖掘机国的能量利用率仅为５％～７％ … ．在传统挖掘机００上，其势能主要消耗在液压油及元件的发热上，响影
效率仅为４％左右，液压挖掘机效率低下的主要０是原因之一．因此怎样将这部分能量有效地回收，成为近年较为热门的研究．鉴于混合动力系统在汽车上的成功运用，在液压挖掘机上装备混合动力系统成为一种可能，并已受到许多液压挖掘机制造商和科研机构的重视．
研究，立了能量回收系统模型，建并对其进行了参数匹配．分析了动臂油缸、杆油缸在能量回收过程斗
油缸组成．其中，对Ｒｃｒｙ针ｅｕｄｎ与Ｓｍｌｋ的联合ｉｕｉｎ
仿真，里建立了模型的输入输出关系．以动臂和这
代传统的机械制动，动能转换为电能储存．将
本文主要对工作执行机构的能量回收过程进行
ｖｔＮ５工作装置外形尺寸建立，图１该仿真ａｒＣ６ｏ如，模型由动臂、臂油缸、动斗杆、杆油缸、斗、斗斗２０９— １基金项目：国家部委预研项目（０００００）４４２７１１．作者简介：代鑫（９５）男，庆人，士研究生，究方向为混合动力技术；１８一，重博研张承宁（９３）男，徽芜湖人，授，：导师，１６一，安教博ｔ生主要从事电机控制方面的研究；梁新成（９８）男，西华县人，士研究生，究方向为新能源车辆．１７一，陕博研
关键词：合动力；掘机；联合仿真；能量回收；ｉｌｋＲｃｒｙ混挖Ｓｍｕｉ；ｅｕｄｎｎ
中图分类号：Ｕ１．１Ｔ３１９４５５；Ｐ９．
文献标志码：Ａ
液压挖掘机在工作过程中，斗、杆和动臂都铲斗
（京理工大学电动车辆国家工程实验室，北京１０８）北００１
摘要：混合动力在工程机械的应用是当前的研究热点，了研究混合动力挖掘机执行机构能量为回收的动态过程，多体动力学软件Ｒｃｒｙ用ｅｕｄｎ建立逼真的液压挖掘机工作装置模型，Ｓｍｌｋ用ｉｕｉｎ
的模型．通过Ｓｍｌｋ与Ｒｃｒｙｉｕｉｎｅｕｄｎ无缝连接，行进
了联合仿真，液压能量回收过程进行了仿真研究．对
１１挖掘机模型的建立．
该液压挖掘机模型基于ＣＧｙｒｕｉＥｃ．ＮＣＨｄａｌｘａｃ
建立了液压回路能量回收系统中马达、电机、力电池模型，动臂和斗杆势能的回收过程进行发动对
了研究．分析了动臂油缸、斗杆油缸在能量回收过程马达转速变化规律及负载电磁转矩变化规律，
并对能量回收效率进行了分析．为混合动力在挖掘机的技术提升方面提供可靠依据．
的系统进行能量回收分析．由于工作装置能量回收
动力学方面是个很复杂的过程，用Ｒｃｒｙ利ｅｕｄｎ在多
体动力学研究的优势，建立了挖掘机工作装置的逼
真模型．利用Ｍａａｔｂ中Ｓｍｌｋ在算法计算方面的ｌｉｕｉｎ优势，立了液压管路、建液压马达、电机、发蓄能电池
第２卷第１８期
２０年１月０１
北京工商大学学报（自然科学版）
ＪｕｎｌｆｅｉｇＴｃｎｌｇｎｕｉｅｓｎｖｒｉ（ａｒｌｃｎｅＥｉｏ）ｏｒａｏｉｎｅｈｏｏｙａｄＢｓｓＵｉｓｙＮｔａＳｉｃｄｔｎＢｊｎｅｔｕｅｉ
能量回收与利用混合动力挖掘机是提高燃油利用率
及节能减排的关键技术．其中能量回收包括：）１工
作执行机构的能量回收，液压油缸中的压力能量将回收以及执行装置的势能能量回收．２回转机构的）能量回收，回转机构在回转过程中通过电机制动取