节能型起升机构闭式液压系统研究

摘要

液压技术具有很多优点，包括控制方便、安装灵活、功率比大等，起重机的执行机构由于其工作特点而广泛使用液压技术。人们在液压系统的设计和性能优化过程中主要关注系统的功能、可行性等指标，而忽视对能耗问题的思考。尤其是起重机在负载下降过程中，发动机仍需要提供能量，防止重物超速下降，负载一般较重且位移变化较大，因此具有很大的节能空间。针对提高系统的节能性，研究起重机起升机构下降和起升工况的重物势能回收技术，及起升工况的再利用技术，有很大的工程意义。因此，以蓄能器为储能元件或动力源元件的节能液压回路逐渐受到人们的关注。但由于其油液压力会随着油液进入或释放而变化，从而导致对负载运动产生干扰，对于运行速度平稳性有要求的起重机起升机构影响更大。 因此，基于起重机中起升机构的能量利用特点和目前相关技术的研究进展，本文以5t起升机构闭式液压系统为研究对象，设计基于蓄能器的节能回路，制定控制策略，保证执行元件在不同工况下的恒转速要求，计算相应的节能效率，通过联合仿真技术，验证控制策略的合理性。 论文的主要工作如下： （1）在学习国内、国际相关研究领域资料的基础上，总结了实际工程中液压技术发展历程，并从不同形式能量的回收技术，分析了蓄能器在闭式节能液压系统中的研究现状和发展； （2）根据液压系统图，分析不同工况时系统的电磁动作情况，选择了对系统性能有重要影响的蓄能器、电磁比例减压阀等元件，推导节能回路的数学模型； （3）针对不同负载和转速的需求，基于主回路和节能回路单独/联合动作的思想，制定了相应的控制策略，实现以蓄能器为动力源的节能回路恒转速控制； （4）基于AMESim和Simulink构建了节能型起升机构液压系统的物理仿真模型和逻辑控制模型，通过对不同工况下系统关键参数的仿真，验证了节能型起升机构液压系统恒转速控制策略的合理性； （5）分析了主回路与节能回路共同动作以及节能回路单独动作时的能量回收效率和能量再利用效率，为之后针对该系统的节能特性的改善做准备。

目录

声明

1 绪论

1.1 液压节能技术的发展

1.1.1 液压系统形式发展

1.1.2 国内、外液压节能技术的发展

1.1.3 液压节能技术的发展趋势

1.2 蓄能器在液压节能技术中的应用

1.2.1 蓄能器在制动动能回收中应用

1.2.2 蓄能器在负载势能回收中应用

1.2.3 蓄能器在风能回收中应用

1.3 本文研究内容及研究意义

1.3.1 选题背景和意义

1.3.2 论文工作内容

2 系统原理与节能回路设计

2.1 系统主回路工作原理

2.2 节能回路设计

2.2.1 能量存储元件类型选择

2.2.2 蓄能器种类选择

2.2.3 节能回路工作原理

2.3 节能回路关键元件选型

2.3.1 马达选型

2.3.2 蓄能器选型

2.3.3 减压阀和调速阀选型

2.4 节能回路数学模型

2.5 本章小结

3 系统控制策略

3.1 控制策略的目标

3.2 系统总体控制策略

3.2.1 起升工况控制策略

3.2.2 下降工况控制策略

3.3 动作方式控制策略

3.3.1 动作方式一控制策略

3.3.2 动作方式二控制策略

3.3.3 动作方式三控制策略

3.3.4 动作方式四控制策略

3.4 本章小结

4 系统建模仿真及分析

4.1 仿真软件介绍

4.1.1 AMESim仿真软件

4.1.2 MATLAB/Simulink仿真软件

4.1.3 AMESIM与MATLAB/Simulink软件联合仿真应用

4.2 系统仿真模型建立

4.2.1 建模仿真假设

4.2.2 减压阀模型仿真及参数选择

4.2.3 节能液压系统建模

4.3 系统仿真结果及分析

4.3.1 节能回路单独起升仿真分析

4.3.2 主回路与节能回路共同起升仿真分析

4.3.3 节能回路单独下降仿真分析

4.3.4 主回路与节能回路共同下降仿真分析

4.4 本章小结

5 节能系统节能效率分析

5.1 液压系统节能效率分析

5.1.1 能量再利用计算

5.1.2 能量回收计算

5.2 起升工况能量再利用效率分析

5.2.1 节能回路单独动作工况

5.2.2 主回路与节能回路共同动作工况

5.3 下降工况能量回收效率分析

5.3.1 节能回路单独下降负载工况

5.3.2 主回路与节能回路共同动作工况

5.4 分析结果汇总

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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