大型液压挖掘机回转系统分析及节能研究
发布时间：2021-06-24 02:40
随着国民经济的快速发展和日益增加的基础建设需求,使液压挖掘机的销量持续的增长。液压挖掘机采用的液压系统在运行时能量效率较低,具有较大的节能潜力。而回转机构在挖掘机工作过程中需要频繁地启制动来配合完成挖掘作业,因此开展回转系统的动态特性分析及其节能研究,对降低系统能耗和提高使用经济性具有十分重要的意义。本论文以负流量控制的70吨液压挖掘机的回转系统为研究背景,主要分析了回转液压系统的动态特性及能量损失,并对回转系统进行节能研究。主要工作内容如下:（1）负流量控制回转液压系统分析和回转节能液压系统的设计。阐述了传统大型液压挖掘机负流量控制回转系统的结构和工作原理,分析其能量损失形式。根据节能液压系统设计原则,针对系统的能量损失,提出了利用蓄能器回收制动能量和负载口独立调节相结合的回转节能液压系统方案。（2）回转系统负载特性及负流量控制回转液压系统能耗仿真分析。利用Pro.E搭建了挖掘机执行机构的三维模型,在ADAMS软件中分析位置变化对回转系统转动惯量的影响,得出满载工况下的最大转动惯量值。在AMESim软件中搭建负流量控制的回转液压系统仿真模型,分析转动惯量和液压马达排量对回转启制动特性...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
挖掘机销量总数及趋势
硕士学位论文2回转是挖掘机在工作过程中出现较频繁的动作，其工作时间约占液压挖掘机整个工作循环的50%以上，能量消耗占25%~40%，发热量占液压系统总发热量的30%~40%[14-17]。在大型液压挖掘机一个典型工作周期中，动臂、斗杆、铲斗和回转液压回路的能耗情况如图1-2所示。与中小型挖掘机不同，大型液压挖掘机的上车重量及转动惯量都较大，在运动过程中其重心及上车部分转动惯量会发生较大变化，其回转系统具有时变大惯量特性，因此开展回转系统的动态特性研究对提升挖掘机的装载效率、节能性和操控性会产生重大的影响[18,19]。图1-2液压挖掘机各执行元件所占能耗比Figure1-2EnergyConsumptionratioofeachactuatorofthehydraulicexcavator传统的节能方法如通过发动机节能技术、液压元件和液压系统的节能技术、发动机与液压系统功率匹配节能技术等取得了良好的节能效果，这些节能技术比较成熟，在国内外品牌挖掘机上得到了广泛的应用。但通过传统节能方法进一步提高节能效果的成本和技术难度越来越大。而振动削掘技术[20,21]、负载口独立控制技术[22-24]和二次调节传动技术[25-27]等新型节能技术因为理论或应用不成熟，现还难以在挖掘机上得到大规模推广应用。另一方面挖掘机本体结构复杂、质量大、惯量大，工作过程具有强周期性，其势能和动能的利用率较低，造成能量浪费的情况还未得到很好的解决。本课题开展70吨大型液压挖掘机的回转系统研究，通过对其工作装置及液压系统进行的仿真分析，掌握液压挖掘机回转工作过程的特点，并研究回转启动和制动的动态特性。在不改变回转系统的平稳性和操控性的要求下，建立新型节能液压系统，并通过仿真分析该新型节能系统的动态特性及节能效果，为实际的工程研究及应用提供理论基矗1.2挖掘机液压系统能
1绪论3示，通过各环节利用率可发现从发动机输出的能量仅有20%左右输出给负载，因此如何降低能耗成为伴随挖掘机技术发展和产品推广的重要课题。损失的能量在传输环节中以热能的形式表现出来，过高的油温会带来系统密封效果变差、导致液压系统失效、降低油液粘度和加速运动部件磨损等问题[29]。图1-3液压式挖掘机能量传递图Figure1-3Energytransferdiagramofhydraulicexcavator（1）元件效率损失目前大型液压挖掘机大多是利用三位六通换向阀控制液压系统的换向和流量，这种液压阀在液压系统中可以简化地看作一个旁路节流系统，它的损失包括空流损失及节流损失[30]。当执行元器件或外负载的惯性较大时，油液在高压作用下将执行机构的动能转化为热能，使系统油液升温，由于挖掘机回转系统负载惯性大且换向频繁，因此其换向制动而产生的热损耗是非常大的。（2）溢流损失当液压系统启动时，如果负载过大，此时液压马达的工作压力大于溢流阀的开启压力，则液压油通过溢流阀回到油箱。液压挖掘机回转系统启动时，挖掘机回转平台的转动惯量较大，使得回转马达不能充分的吸收利用液压泵输出的流量，而多出的流量需要通过平衡阀进行溢流，造成能量损失[31]；回转系统制动时，多路阀处于中位，需要通过补油阀使马达两端压力平衡达到制动效果，此时产生一定的溢流损失。（3）其他损失发动机在工作时由于高速旋转，会有一定的摩擦，摩擦产生的热量不能得到应用，在一定程度上发动机输出的能量一部分由摩擦产生的热量消耗[32]。挖掘机液压系统的辅助元件也会造成一部分的能量损失，辅助元件主要指各种管路及管接头等。液压系统的管路布置较多，在工作时会损失一部分的能量，并且液压泵输出的流量并不能全部得到应用，这样也会造成一部分能量的损失。1
【参考文献】：
期刊论文
[1]2019年前3季度挖掘机、装载机市场分析[J]. 郑宇. 建筑机械. 2019(11)
[2]7月挖掘机销售增幅回升至两位数，下半年基建投资将进一步回暖[J]. 张钟尹. 企业观察家. 2019(09)
[3]挖掘机回转闭式油路节能系统设计[J]. 付文博,史青录,刘成,王泽林,赵霖. 煤矿机械. 2018(06)
[4]基于AMESim的斜盘式轴向柱塞泵建模与仿真分析[J]. 罗宏博,张建锐,郭海亮. 陇东学院学报. 2018(01)
[5]液压挖掘机及其节能技术的研究[J]. 石昌沅. 中国设备工程. 2017(23)
[6]液压挖掘机回转系统能量回收研究[J]. 吴文海,谭万秋,王国志,柯坚,姚明星. 机床与液压. 2017(17)
[7]上半年国内挖掘机销量超2016全年,“龙头”三一有望刷新销量历史纪录[J]. 徐虎. 建筑. 2017(14)
[8]液压挖掘机回转机构原理及故障排查二例[J]. 齐敦建. 工程机械与维修. 2017(06)
[9]泵阀复合进出口独立控制液压挖掘机特性研究[J]. 董致新,黄伟男,葛磊,权龙,黄家海,杨敬. 机械工程学报. 2016(12)
[10]大惯量闭式回转系统阀控变阻尼压力控制方法研究[J]. 曹超,韩国芝,赵继云,丁海港. 液压与气动. 2015(11)
博士论文
[1]液压挖掘机回转系统分腔独立和主被动复合控制特性研究[D]. 黄伟男.太原理工大学 2019
[2]液压挖掘机分阶段功率匹配技术研究[D]. 彭贝.浙江大学 2016
[3]负载口独立电液比例方向阀控制系统关键技术研究[D]. 刘英杰.浙江大学 2011
硕士论文
[1]大惯量回转机构制动能量电液回收利用系统研究[D]. 陈正雄.太原理工大学 2019
[2]大型液压挖掘机工作装置结构性能分析与轻量化研究[D]. 赵旭.中国矿业大学 2019
[3]负载口独立控制阀及系统的研究[D]. 张国泰.燕山大学 2019
[4]全电控正流量挖掘机节能技术研究[D]. 韩绍斌.吉林大学 2017
[5]基于负载口独立技术的挖掘机回转液压系统特性分析[D]. 丁鼎.太原科技大学 2017
[6]23T级液压挖掘机回转系统节能研究[D]. 谭万秋.西南交通大学 2016
[7]负流量与总功率控制轴向柱塞泵特性研究[D]. 廖文斌.福州大学 2013
[8]挖掘机液压能回收及释放电液系统的研究[D]. 杜晓东.浙江大学 2013
[9]挖掘机负流量控制液压系统建模仿真及能耗分析研究[D]. 陈桂芳.中南大学 2011
[10]电动挖掘机挖掘轨迹控制理论与仿真的研究[D]. 马顺利.东北大学 2009
本文编号：3246193
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
挖掘机销量总数及趋势
硕士学位论文2回转是挖掘机在工作过程中出现较频繁的动作，其工作时间约占液压挖掘机整个工作循环的50%以上，能量消耗占25%~40%，发热量占液压系统总发热量的30%~40%[14-17]。在大型液压挖掘机一个典型工作周期中，动臂、斗杆、铲斗和回转液压回路的能耗情况如图1-2所示。与中小型挖掘机不同，大型液压挖掘机的上车重量及转动惯量都较大，在运动过程中其重心及上车部分转动惯量会发生较大变化，其回转系统具有时变大惯量特性，因此开展回转系统的动态特性研究对提升挖掘机的装载效率、节能性和操控性会产生重大的影响[18,19]。图1-2液压挖掘机各执行元件所占能耗比Figure1-2EnergyConsumptionratioofeachactuatorofthehydraulicexcavator传统的节能方法如通过发动机节能技术、液压元件和液压系统的节能技术、发动机与液压系统功率匹配节能技术等取得了良好的节能效果，这些节能技术比较成熟，在国内外品牌挖掘机上得到了广泛的应用。但通过传统节能方法进一步提高节能效果的成本和技术难度越来越大。而振动削掘技术[20,21]、负载口独立控制技术[22-24]和二次调节传动技术[25-27]等新型节能技术因为理论或应用不成熟，现还难以在挖掘机上得到大规模推广应用。另一方面挖掘机本体结构复杂、质量大、惯量大，工作过程具有强周期性，其势能和动能的利用率较低，造成能量浪费的情况还未得到很好的解决。本课题开展70吨大型液压挖掘机的回转系统研究，通过对其工作装置及液压系统进行的仿真分析，掌握液压挖掘机回转工作过程的特点，并研究回转启动和制动的动态特性。在不改变回转系统的平稳性和操控性的要求下，建立新型节能液压系统，并通过仿真分析该新型节能系统的动态特性及节能效果，为实际的工程研究及应用提供理论基矗1.2挖掘机液压系统能
1绪论3示，通过各环节利用率可发现从发动机输出的能量仅有20%左右输出给负载，因此如何降低能耗成为伴随挖掘机技术发展和产品推广的重要课题。损失的能量在传输环节中以热能的形式表现出来，过高的油温会带来系统密封效果变差、导致液压系统失效、降低油液粘度和加速运动部件磨损等问题[29]。图1-3液压式挖掘机能量传递图Figure1-3Energytransferdiagramofhydraulicexcavator（1）元件效率损失目前大型液压挖掘机大多是利用三位六通换向阀控制液压系统的换向和流量，这种液压阀在液压系统中可以简化地看作一个旁路节流系统，它的损失包括空流损失及节流损失[30]。当执行元器件或外负载的惯性较大时，油液在高压作用下将执行机构的动能转化为热能，使系统油液升温，由于挖掘机回转系统负载惯性大且换向频繁，因此其换向制动而产生的热损耗是非常大的。（2）溢流损失当液压系统启动时，如果负载过大，此时液压马达的工作压力大于溢流阀的开启压力，则液压油通过溢流阀回到油箱。液压挖掘机回转系统启动时，挖掘机回转平台的转动惯量较大，使得回转马达不能充分的吸收利用液压泵输出的流量，而多出的流量需要通过平衡阀进行溢流，造成能量损失[31]；回转系统制动时，多路阀处于中位，需要通过补油阀使马达两端压力平衡达到制动效果，此时产生一定的溢流损失。（3）其他损失发动机在工作时由于高速旋转，会有一定的摩擦，摩擦产生的热量不能得到应用，在一定程度上发动机输出的能量一部分由摩擦产生的热量消耗[32]。挖掘机液压系统的辅助元件也会造成一部分的能量损失，辅助元件主要指各种管路及管接头等。液压系统的管路布置较多，在工作时会损失一部分的能量，并且液压泵输出的流量并不能全部得到应用，这样也会造成一部分能量的损失。1
【参考文献】：
期刊论文
[1]2019年前3季度挖掘机、装载机市场分析[J]. 郑宇. 建筑机械. 2019(11)
[2]7月挖掘机销售增幅回升至两位数，下半年基建投资将进一步回暖[J]. 张钟尹. 企业观察家. 2019(09)
[3]挖掘机回转闭式油路节能系统设计[J]. 付文博,史青录,刘成,王泽林,赵霖. 煤矿机械. 2018(06)
[4]基于AMESim的斜盘式轴向柱塞泵建模与仿真分析[J]. 罗宏博,张建锐,郭海亮. 陇东学院学报. 2018(01)
[5]液压挖掘机及其节能技术的研究[J]. 石昌沅. 中国设备工程. 2017(23)
[6]液压挖掘机回转系统能量回收研究[J]. 吴文海,谭万秋,王国志,柯坚,姚明星. 机床与液压. 2017(17)
[7]上半年国内挖掘机销量超2016全年,“龙头”三一有望刷新销量历史纪录[J]. 徐虎. 建筑. 2017(14)
[8]液压挖掘机回转机构原理及故障排查二例[J]. 齐敦建. 工程机械与维修. 2017(06)
[9]泵阀复合进出口独立控制液压挖掘机特性研究[J]. 董致新,黄伟男,葛磊,权龙,黄家海,杨敬. 机械工程学报. 2016(12)
[10]大惯量闭式回转系统阀控变阻尼压力控制方法研究[J]. 曹超,韩国芝,赵继云,丁海港. 液压与气动. 2015(11)
博士论文
[1]液压挖掘机回转系统分腔独立和主被动复合控制特性研究[D]. 黄伟男.太原理工大学 2019
[2]液压挖掘机分阶段功率匹配技术研究[D]. 彭贝.浙江大学 2016
[3]负载口独立电液比例方向阀控制系统关键技术研究[D]. 刘英杰.浙江大学 2011
硕士论文
[1]大惯量回转机构制动能量电液回收利用系统研究[D]. 陈正雄.太原理工大学 2019
[2]大型液压挖掘机工作装置结构性能分析与轻量化研究[D]. 赵旭.中国矿业大学 2019
[3]负载口独立控制阀及系统的研究[D]. 张国泰.燕山大学 2019
[4]全电控正流量挖掘机节能技术研究[D]. 韩绍斌.吉林大学 2017
[5]基于负载口独立技术的挖掘机回转液压系统特性分析[D]. 丁鼎.太原科技大学 2017
[6]23T级液压挖掘机回转系统节能研究[D]. 谭万秋.西南交通大学 2016
[7]负流量与总功率控制轴向柱塞泵特性研究[D]. 廖文斌.福州大学 2013
[8]挖掘机液压能回收及释放电液系统的研究[D]. 杜晓东.浙江大学 2013
[9]挖掘机负流量控制液压系统建模仿真及能耗分析研究[D]. 陈桂芳.中南大学 2011
[10]电动挖掘机挖掘轨迹控制理论与仿真的研究[D]. 马顺利.东北大学 2009
本文编号：3246193
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/boshibiyelunwen/3246193.html
