液压缸驱动的机械臂,由于自身重量较大,举升过程中会累积很大的重力势能,在下降过程经过液压阀的节流作用转换为热能耗散掉,不仅浪费能源,还需要额外的冷却装置进行散热,进一步增加系统的能耗和成本,解决方法是高效率地回收和利用这部分能量。对重力势能电气回收利用方式和液压回收利用方式的国内外研究现状进行全面的分析对比,根据重力势能回收和再利用过程能量的转换方式与传递路径,分析电气回收利用、蓄能器直接回收利用、闭式泵控与蓄能器组合回收利用、机械臂重力蓄能器预充压平衡四种方法的优点和不足。最后,对全新的能量转换次数少、传递路径短、各环节效率高的液压和电气混合驱动机械臂工作原理、能效特性做分析,并给出试验测试结果,研究成果对设计和推广应用高能效液压缸驱动的机械臂具有重要的指导意义。

为适应挖掘机电动化的发展需求,提出一种开式容积与储能平衡协同控制液压挖掘机动臂的原理,通过改变伺服电机转速控制定量液压泵输出流量匹配负载需求,三腔液压缸的独立储能容腔连接蓄能器,将动臂下降时的重力势能转化为液压能存储并在举升动臂时再利用。研究中,分别测试了变量泵和伺服电机的动态响应速度,并测试了定转速异步电机驱动变量泵、变转速伺服电机驱动定量泵这两种动力源的能效,构建了液压挖掘机动臂储能平衡试验测试系统,对比分析了这两种动力源驱动挖掘机动臂的能效特性。结果表明,与异步电机驱动变量泵作为动力源相比,采用伺服电机驱动定量泵作为动力源驱动挖掘机动臂可降低峰值功率19.8%,一个周期内降低能耗58.7%,节能效果非常显著。

针对三配流窗口非对称轴向柱塞泵在非死点过渡区配流转换产生较大的流量和压力冲击问题,提出一种采用额外油道将非死点过渡区高压油预泄至上死点过渡区的新型配流盘结构,不仅可降低流量脉动和压力冲击,而且过渡区高压油液得到再利用,提高液压泵能效。首先设计新型配流盘结构,理论分析了新型配流盘工作原理,并建立基于新型配流盘的非对称轴向柱塞泵仿真模型,分析油道半径和分布位置对轴向柱塞泵流量脉动的影响,研究不同负载情况下新型配流