动臂塔式起重机回转液压系统节能研究

摘要

动臂塔式起重机是通过臂架仰俯来改变工作幅度的塔式起重机，应用越来越广泛。在回转制动中，由于负载惯性的作用，会产生很大的制动能量，而在传统的回转液压系统中，制动能量多以内能的形式散失，再加上回转制动的频繁性，这就造成了能量的大量浪费。因此，动臂塔式起重机传统回转液压系统的能耗问题亟待解决。
　　本文以某动臂塔式起重机的回转系统为研究对象，针对其能耗现象，分析了能耗原因，提出了基于蓄能器-液压泵/马达的节能方案，改进了回转系统;应用AMESim仿真软件，建立了原/改进回转液压系统的模型;通过仿真分析，验证了节能效果，得到了蓄能器体积对系统节能的影响规律。论文的具体研究工作及成果如下:
　　(1)按照实际工况，计算了回转机构的正常、最大回转阻力矩;根据负载的大小选择了液压泵、液压马达及减速机的型号;结合回转机构的工作特点，设计了原回转液压系统原理图，确定了建模仿真参数。
　　(2)分析了原回转系统的能耗原因，得到能耗由起动时的溢流损失和制动时的动能损失造成;针对能耗原因和特点，提出了蓄能器-液压泵/马达的能量回收再利用的节能方案，改进了原回转系统，并对储能元件——蓄能器进行了参数匹配，确定了其型号。
　　(3)提出了蓄能器储/放能及液压泵/马达功能切换的控制策略，利用AMESim仿真软件，建立了A11VO变量泵、A2FM定量马达、制动器、负载以及蓄能器、液压泵马达的控制模型，并最终建立并调试了原/改进回转系统的仿真模型。
　　(4)仿真得到了原/改进回转系统的液压泵和液压马达的流量、功率曲线，利用积分元件，求出了相应系统中液压泵的输出流量及能量的利用率，经对比，改进回转系统的流量利用率及能量利用率比原系统分别提高30.8％、31.4％。
　　(5)根据节能效果的评判标准，计算得到了改进回转系统的能量回收效率、能量再利用效率及系统节能效率分别为78.9％、76.6％和64.0％;分析了蓄能器体积对节能效果的影响，得出:随着预充体积的增大能量回收效率先降低最后趋于平稳;能量再利用效率及系统节能效率均是是先增大然后逐渐降低，并验证了蓄能器选型的合理性。