国外液压挖损机节能研究，目前国外所采用的主要节能控制技术主要体现在以下9个方面：(1)分工况控制根据工况不同,对发动机和液压泵的工作区间进行划分,常见的划分有重载、轻载、经济、破碎、吊重等。(2)转速感应控制通过检测发动机的掉速来控制液压泵的吸收功率,减小发动机的功率储备,有效防止发动机过载。(3)发动机自动减速和自动息速控制由于挖掘机在运行时间内系统压力至少有25%的时间处于40bar以下的轻载或空载状态,特殊情况下高达50%,采用降低转速的方法可以有效降低油耗自动减速调节控制,在完成与原有机型相同作业量的情况下,可使油耗节省10%左右。
(4)发动机与泵匹配控制在发动机分工况控制的基础上,按照发动机被划分的工作区间,相应调节泵的吸收功率,使发动机稳定运行在目标工作点附近,有的控制系统还增加了发动机转速控制,使发动机尽可能移向高效率区。(5)液压泵与负载匹配控制采用恒功率变量泵取代定量泵,并派生出了正流量、负流量和负载传感等控制系统。目前最广泛应用的是负载传感系统,如小松的CLSS系统和林德的LSC系统等,另外还有负载独立流量分配(LUDV)系统。(6)二次调节系统及液压变压器技术三次调节静液压传动系统是近几年发展起来的一种节能技术,二次元件能在四个象限肉工作,可以回收利用系统的制动动能和重力势能,有利于提高系统效率,目前三次调节系统分为两种,一种是基于定压网络的二次调节系统,另一种是基于定流网络的二次调节系统。
(7)混合动力技术混合动力系统( hy brid发明于19世纪末,现已广泛应用于电动汽车领域,有效地提高了发动机的能量利用率,对降低排放发挥了重要作用,日立、神钢、小松、新卡特三菱等工程机械制造商为了提高产晶的竞争力和市场占有率,纷纷开展了混合动力系统在工程机械上的应用研究工作,2003年,目立建机推出了世界上第一台混合动力驱动的轮式装载机,这是混合动力系统在工程机械上的首次应用,2004年5月,小松公司研制出了世界上第一台混合动力液压挖掘机的试验机型,在2006年4月法国 nermal展会上,组荷兰与神钢公司联合研制推出了7t混合动力挖掘机样机,资料显示,混合动力系统可以降低装机功率,平均节能40%以上。
(8)双阀芯独立控制技术挖掘机在作业过程中压力和流量都是变化的,而且各个工作装置对压力和流量的需求不同,因此英国ETON公司推出了双阀芯系统,独立控制每一个工作装置的进油和回油压力和流量,根据挖掘机的实际工况,通过软件算法来实现工作装置的能量分配及泵一发动机功率匹配,这种方法可以柔性地实现负流量控制、正流量控制和负载传感控制的优化组合,使液压系统对负载的适应能力得到显著提高, HUSCO公司也推出了类似的系统及控制方式,并指出该系统可以节能15%以上。
(9)综合节能控制实现多种节能方法的最佳组合。如电子控制的CLSS系统就是综合泵负载的匹配控制、泵发动机的匹配控制及自动减速控制于一体的节能控制系统,通过负载传感阀检测负载压力并控制液压泵的流量,实现泵一负载的匹配控制:通过检测先导阀的压力,实现工作装置流量的分配和动作的协调;通过设置多种作业方式并检测发动机的实际速度和设定速度,控制泵的扭矩使发动机以较佳的状态运行。
国内液压挖掘机节能研究，20世纪90年代以来,国内一些科研院所、大专院校纷纷与挖掘机厂家合作,共同剖析挖据机的特性并取得了一些成果。1994年,浙江大学与玉柴工程机械厂合作开发了具有节能控制、参数显示、故障报警功能的20t液压挖掘机,这是国内机电一体化技术在挖掘机上实施的一个商品化产品,尔后浙江大学与长江挖掘机厂合作开发出集远程无线遥控、故障监控、节能控制于一体的实用型液压挖掘机。浙江大学机械设计研究所研制的液压挖掘机器人将负流量控制、正流量控制、交叉功率控制和压力切断控制有机的组合起来,利用挖掘机机器人对节能性和操纵性进行了试验,取得了良好的控制效果。
同时他提出了变参数压力切断控制思路,通过改变压力切断值,减小了回转功率损失,降低了系统的工作强度,提高了可靠性,并实现了短时间内增大挖掘力的功能。1995年10月,由本书作者主持设计,在玉柴工程机械厂试制出两台WY20-YC具有机电一体化。水平的液压挖掘机。该挖掘机的双泵系统与MEC机械电子控制系统相结合,具有交叉功率调节、正向控制、三挡功率预选、自动降速、自动降挡、故障监测和系统状态的液晶显示及报警等功能,可以较大程度地利用发动机的功率,达到了减少发热,降低能耗,提高泵和液压元件的使用寿命的目的。
吉林大学将发动机、变量泵、阀和负载作为一个整体进行研究,采用模糊控制技术和神经网络技术实现了发动机与变量泵的全功率匹配,克服了国内外挖掘机节能控制中普遍应用的单纯转速控制或压力控制的不足,并且成功实现了二级溢流控制,通过台架试验取得了良好的节能效果。中南大学在基于振动压实和振动破碎机理的基础上提出了振动掘削的方法,铲斗产生激振力使开挖物体共振破碎,从而达到较小负载阻力提高系统效率的目的。在湖南山河智能的试验样机上作了大量的试验,取得了较好的节能效果。浙江大学提出了混合动力挖掘机控制系统,将传统的由发动机驱动,转变为发动机与电动机共同驱动的控制方式,提高了能量的利用率。
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