邵輝 王艷丹

摘 要 為了進(jìn)一步的提升液壓挖掘機(jī)的節(jié)能效果，本文從一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)工作循環(huán)中的液壓系統(tǒng)著手，進(jìn)行各執(zhí)行元件能耗的分析，試圖證明液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的節(jié)能效果。進(jìn)行這種形式的分析可以幫助液壓挖掘機(jī)進(jìn)行節(jié)能研究提供出較為完善的理論以及使用價(jià)值。

關(guān)鍵詞 能量回收再利用;液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)系統(tǒng);仿真研究;系統(tǒng)節(jié)能

前言

液壓挖掘機(jī)是現(xiàn)階段一種重要的通用型工程機(jī)械，具有性能高的特點(diǎn)，可以在諸如挖掘、平地以及打樁等作業(yè)當(dāng)中發(fā)揮出應(yīng)有的效果?，F(xiàn)階段，液壓挖掘機(jī)已被被廣泛地應(yīng)用到工程的建設(shè)當(dāng)中，為此更加需要在使用的過程中對(duì)其回轉(zhuǎn)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能的研究，以此降低在施工環(huán)節(jié)的能源消耗。

1基于能量回收再利用的節(jié)能型回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)

為了盡可能提升挖掘機(jī)當(dāng)中的回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)當(dāng)中的能量利用率，本文就首先基于能量回收再利用的節(jié)能型回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)進(jìn)行分析。

在該系統(tǒng)之中，利用所配置的液壓泵或者馬達(dá)來作為回轉(zhuǎn)執(zhí)行元件，這樣就可以對(duì)回轉(zhuǎn)速度進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制，也能控制能量回收系統(tǒng)，可以在系統(tǒng)中加入液壓蓄能器，這樣就可以保障對(duì)在所形成的回轉(zhuǎn)制動(dòng)當(dāng)中所發(fā)出的能量進(jìn)行及時(shí)的回收。液壓泵和馬達(dá)都是可以在四個(gè)象限進(jìn)行工作的元件類型，為此可以利用對(duì)變量液壓桿的控制，使其能夠使斜盤擺角可以順利地?cái)[過零點(diǎn)的位置，從而將液壓泵以及液壓馬達(dá)工況進(jìn)行及時(shí)的切換，并且還能對(duì)液壓回路進(jìn)行速度的調(diào)節(jié)[1]。

同時(shí)，在系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)啟動(dòng)環(huán)節(jié)，液壓泵和馬達(dá)在液壓馬達(dá)工況中工作，能夠?yàn)檐囕v提供足夠的驅(qū)動(dòng)力。但是在回轉(zhuǎn)制動(dòng)的過程中，受到慣性的影響，導(dǎo)致負(fù)載的驅(qū)動(dòng)會(huì)有著液壓蓄能器泵油的情況發(fā)生，進(jìn)而對(duì)回轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的動(dòng)能進(jìn)行回收。為此在下一次的啟動(dòng)當(dāng)中，液壓泵和馬達(dá)在工作當(dāng)中可以對(duì)前一次的制動(dòng)所回收到的能量進(jìn)行釋放，進(jìn)而保障液壓泵和馬達(dá)有著機(jī)油供給，從而實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)。

2節(jié)能型回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)能量回收再利用率的仿真研究

本部分主要對(duì)節(jié)能型回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)能量回收再利用率進(jìn)行了研究：

2.1 建立SimHyraulics模型

在對(duì)節(jié)能型回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)能量回收再利用率的研究過程中，首先需要建立起SimHyraulics模型，具體模型如下圖1所示[2]。

在圖2所顯示的模型之中，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有原動(dòng)機(jī)、液壓泵、液壓蓄能器、液壓泵馬達(dá)、減速裝置以及負(fù)載等各種測(cè)量模塊所組成，并進(jìn)行仿真研究分析其節(jié)能效果。

2.2 仿真研究

在進(jìn)行仿真研究的過程中，需要保障不同容積的液壓蓄能器，不會(huì)由于形成的不同預(yù)氣壓力影響到能量的回收再利用效果。為此首先需要建立起回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)的模型，這樣就可以針對(duì)不同容積的液壓蓄能器，對(duì)處于不同的預(yù)充氣壓當(dāng)中余液壓系統(tǒng)的能量回收性能造成的影響，進(jìn)行仿真的計(jì)算和分析，進(jìn)而可以得出較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，從而明確不同容積的液壓蓄能器同能量回收再利用率之間的具體關(guān)系，之后再進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析和比較，整理出較為全面的數(shù)據(jù)對(duì)比。

基于液壓蓄能器在制造規(guī)格上的標(biāo)準(zhǔn)，本文采用41L、53L以及79L的液壓蓄能器進(jìn)行試驗(yàn)分析，使其控制在不同的預(yù)充氣壓力之中，其不同容積的氣壓為9MPa、11MPa、13MPa、16MPa、21MPa、23MPa、26MPa、29MPa，將其進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆抡嬖囼?yàn)。具體情況如表1所示。

結(jié)果表明，在控制液壓蓄能器的容積不變的情況下，不斷提升預(yù)充氣的數(shù)值，其回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)當(dāng)中存在的負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能的回收再利用率也會(huì)上升，并當(dāng)充氣的壓力值達(dá)到16MPa的時(shí)候，再提升充氣壓力也基本位置在58%左右。而通過觀察，在預(yù)充氣壓力處于降低狀態(tài)的時(shí)候，不斷的對(duì)其容積面積進(jìn)行調(diào)整，就可以實(shí)現(xiàn)提升能量回收再利用率的效果。但是當(dāng)預(yù)充氣壓力達(dá)到一定的范圍之后，會(huì)造成液壓蓄能器的不會(huì)再與能量利用率產(chǎn)生明顯的關(guān)系。

由于回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，不同角度的回轉(zhuǎn)角度能夠直接造成不同程度的回收再利用率的變化，為此在液壓挖掘機(jī)正常工作的情況下， 需要進(jìn)行回轉(zhuǎn)角度的調(diào)整，使其保持在61-74度之間，同時(shí)還需要對(duì)其不同回轉(zhuǎn)角度進(jìn)行系統(tǒng)的仿真分析。

在進(jìn)行的仿真實(shí)驗(yàn)方面可以有效得出結(jié)論：當(dāng)回轉(zhuǎn)的角度在61-180度之間的位置時(shí)，進(jìn)行回轉(zhuǎn)的速度曲線主要由加速段和減速段共同組成，在數(shù)據(jù)當(dāng)中并沒有一個(gè)勻速運(yùn)動(dòng)的階段。隨著回轉(zhuǎn)角度的不斷變化，使其在進(jìn)行回轉(zhuǎn)的過程中，也出現(xiàn)了不同的最高速度值，不斷提升回轉(zhuǎn)角度，其需要的最高回轉(zhuǎn)速度值也在進(jìn)行著提升[1]。

從實(shí)驗(yàn)中可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)上車轉(zhuǎn)角處于61-180度之間的位置時(shí)，不斷提升會(huì)回轉(zhuǎn)的角度，能夠發(fā)現(xiàn)能量回收再利用率在有逐步的提升，同樣也伴隨著最高轉(zhuǎn)速的提升，能量回收再利用率也有著提升的現(xiàn)象，最終其能量回收再利用率圍繞著58%上下徘徊。這就可以得出相應(yīng)的結(jié)論，之后當(dāng)上車轉(zhuǎn)角控制在61-180度之間的位置時(shí)，提升了轉(zhuǎn)角值也就能夠促進(jìn)在制動(dòng)過程中上車動(dòng)能的回收，同時(shí)也能夠使其在下一次的啟動(dòng)過程中進(jìn)行高效率的能量回收再利用，這樣就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)當(dāng)中的節(jié)能效果。

3模擬實(shí)驗(yàn)研究

現(xiàn)階段采用了靜液傳動(dòng)混合動(dòng)力模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)設(shè)備對(duì)上車回轉(zhuǎn)角度對(duì)能量回收再利用率的影響進(jìn)行詳細(xì)的研究和分析，并進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)研究。進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)備中主要包含軟硬件兩種，其中硬件設(shè)備主要有試驗(yàn)臺(tái)主體、計(jì)算機(jī)以及數(shù)據(jù)的采集設(shè)備，而軟件方面主要利用C++Buildea5.0軟件作為主要的系統(tǒng)編程和開發(fā)軟件，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制[2]。

在試驗(yàn)的過程中，首先需要對(duì)回轉(zhuǎn)角度進(jìn)行計(jì)算，并分析與能量回收再利用率之間的關(guān)系，這樣就可以制作出數(shù)據(jù)表格。在試驗(yàn)結(jié)果表明，其中首先能夠提升回轉(zhuǎn)角度的數(shù)值，之后能夠提升能量回收的再利用率，之后再提升回轉(zhuǎn)角度不再改變?cè)倮寐?，使其處于平穩(wěn)的狀態(tài)，為此可以說明上述的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果真實(shí)可靠。

4結(jié)束語

綜上所述，由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)類型，為在對(duì)能量回收再利用的液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)系統(tǒng)節(jié)能分析和研究過程中，為了進(jìn)一步的提升節(jié)能效果，就需要明確液壓系統(tǒng)在工作當(dāng)中的原理，進(jìn)而進(jìn)行仿真試驗(yàn)，從而說明液壓系統(tǒng)可以起到節(jié)能的作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 李遠(yuǎn)凱，郭衛(wèi)，郟高祥.基于PSO的混動(dòng)挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)系統(tǒng)軌跡優(yōu)化策略[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2020，43（5）：137-140.

[2] 黃偉男，董致新，夏連鵬.基于手柄積分的液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)系統(tǒng)速度位置復(fù)合控制特性[J].北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2020，40（2）：193-197.

作者簡(jiǎn)介

邵輝，遼寧沈陽人;學(xué)歷：碩士研究生，現(xiàn)就職單位：沈陽德威克機(jī)電設(shè)備有限公司，研究方向：流體傳動(dòng)力學(xué)。