随着全球变暖和能源危机等问题日益严重,零排放、低振动、无污染的电动叉车越加受到消费者的青睐,纯电动系统是工程机械发展的必然趋势。尽管电动化技术早已在叉车领域得到广泛的应用和认可,但目前的电动叉车多是基于低压,造成功率元器件、连接器、电缆与电机产生较高热损,同时,电流变化率高,容易产生电蚀现象。对此,提出以高压锂电池作为储能单元的高压锂电电动叉车动力总成方案,根据叉车使用工况制定整车行走控制策略,确定驱动电机控制

建立了非对称阀控制非对称缸非对称动力机构的数学模型,推出了活塞正反向运动时的位移和负载压力的传递函数.结合理论分析,在运动台上作试验研究,得出非对称阀控制非对称缸系统能够消除输出位移在正反向的不对称性,并在一定程度上消除活塞换向瞬间的压力跃变.

介绍了液压自由活塞发动机的三种基本结构、工作原理和优点,重点分析了液压自由活塞发动机由于其独特的结构所具有的特性、研制过程中的关键技术、研究难点,以及相应的研究现状,讨论了制约液压自由活塞发动机走向产业化的瓶颈技术,以及为解决这些技术所进行的探索和尝试。推动液压自由活塞发动机的发展可从结构改进、燃料及燃烧技术突破及多学科融合技术等方面进行。

针对工程机械节能需求,考虑挖掘机的典型工况,以保证在取消怠速恢复工作时执行器入口能快速建立压力为目标,提出一种基于蓄能器的二级怠速控制系统,通过检测先导手柄压力、液压泵出口压力、执行器入口压力和蓄能器压力等作为判断条件,制定驱动电机转速切换规则。对影响怠速过程的关键元件液压蓄能器的性能参数进行分析,以选定的蓄能器参数在某1.5 t纯电驱动挖掘机上进行试验,结果表明所提出的二级自动怠速控制系统能在两级怠速之间切换,且具有蓄能器的自动怠速系统,与无自动怠速控制的系统相比,节能达36%;与无蓄能器的自动怠速系统相比,恢复工作时执行器压力建立更迅速,压力更平稳,具有较好的操作稳定性。

为改善工程机械自动怠速系统性能，针对纯电驱动工程机械提出一种基于液压蓄能器的负载压力适应型自动怠速系统，分析了新型自动怠速系统结构和工作原理。考虑到系统的节能效率和操控性能，提出了具有负载压力适应功能的自动怠速分段控制策略，并建立AMESim—MATLAB／Simulink的联合仿真模型进行研究，最后基于所搭建的试验平台展开试验研究。结果表明：所提出的新型自动怠速分段控制策略可行，且分段控制效果明显。

本文首先建立了非对称阀控制非对称缸动力机构模型并把此模型应用于六自由度仿真转台实验室样机的分支控制中证明了该模型的正确性及在此模型基础上采用控制策略更能有效地保持活塞正反向运动一致性和消除压力跃变对类似伺服系统设计具有积极的指导作用.

为解决传统内燃式液压自由活塞发动机对压缩比控制要求严格的缺点，采用单组元推进剂代替传统的矿物燃料，利用单组元燃料催化分解后释放出的高温混合气推动活塞组件往复运动，提出了一种对外输出液压能的新型液压自由活塞发动机．采用Fluent软件模拟在脉冲工作方式下，催化床的床载、比表面积、孔隙率、流阻等对单组元燃料分解特性和寿命的影响．通过在动力腔头部安装辅助电磁排气阀的方式来提高活塞的运行频率，提高输出功率．采用隔热陶瓷和合理的排气口设计来减小动力腔壁面热量损失，提高输出功率．利用软密封和硬密封相结合的方式来阻止动力腔的气体进入液压泵，保证了系统工作可靠．

为提高液压挖掘机的能量使用效率，提出了一种基于平衡油缸的势能液压式存储和再利用系统。分析了平衡系统的工作原理，通过建立平衡系统的动臂下降速度控制数学模型，分析了平衡单元的加入对液压固有频率和阻尼比的影响。建立了系统的AMESim仿真模型，分析了不同的管道容腔体积、蓄能器充气压力和蓄能器体积对动臂下降速度稳定性及动态响应特性的影响，从而确定平衡单元关键参数的合理取值范围;以某型号1.5t型的挖掘机为研究对象，搭建了动臂势能回收试验平台，验证平衡系统的节能效率。结果表明:该方案在标准工况下的节能效率为21%，能量回收效率为58.2%。