基于能量回收再利用的液壓挖掘機回轉系統節能思考

邵輝 王艷丹

摘 要 為了進一步的提升液壓挖掘機的節能效果，本文從一個標準工作循環中的液壓系統著手，進行各執行元件能耗的分析，試圖證明液壓挖掘機回轉系統的節能效果。進行這種形式的分析可以幫助液壓挖掘機進行節能研究提供出較為完善的理論以及使用價值。

關鍵詞 能量回收再利用;液壓挖掘機回轉系統;仿真研究;系統節能

前言

液壓挖掘機是現階段一種重要的通用型工程機械，具有性能高的特點，可以在諸如挖掘、平地以及打樁等作業當中發揮出應有的效果。現階段，液壓挖掘機已被被廣泛地應用到工程的建設當中，為此更加需要在使用的過程中對其回轉系統進行節能的研究，以此降低在施工環節的能源消耗。

1基于能量回收再利用的節能型回轉液壓系統

為了盡可能提升挖掘機當中的回轉液壓系統當中的能量利用率，本文就首先基于能量回收再利用的節能型回轉液壓系統進行分析。

在該系統之中，利用所配置的液壓泵或者馬達來作為回轉執行元件，這樣就可以對回轉速度進行實時的控制，也能控制能量回收系統，可以在系統中加入液壓蓄能器，這樣就可以保障對在所形成的回轉制動當中所發出的能量進行及時的回收。液壓泵和馬達都是可以在四個象限進行工作的元件類型，為此可以利用對變量液壓桿的控制，使其能夠使斜盤擺角可以順利地擺過零點的位置，從而將液壓泵以及液壓馬達工況進行及時的切換，并且還能對液壓回路進行速度的調節[1]。

同時，在系統的回轉啟動環節，液壓泵和馬達在液壓馬達工況中工作，能夠為車輛提供足夠的驅動力。但是在回轉制動的過程中，受到慣性的影響，導致負載的驅動會有著液壓蓄能器泵油的情況發生，進而對回轉所產生的動能進行回收。為此在下一次的啟動當中，液壓泵和馬達在工作當中可以對前一次的制動所回收到的能量進行釋放，進而保障液壓泵和馬達有著機油供給，從而實現驅動機的負載轉動。

2節能型回轉液壓系統能量回收再利用率的仿真研究

本部分主要對節能型回轉液壓系統能量回收再利用率進行了研究：

2.1 建立SimHyraulics模型

在對節能型回轉液壓系統能量回收再利用率的研究過程中，首先需要建立起SimHyraulics模型，具體模型如下圖1所示[2]。

在圖2所顯示的模型之中，其內部結構主要有原動機、液壓泵、液壓蓄能器、液壓泵馬達、減速裝置以及負載等各種測量模塊所組成，并進行仿真研究分析其節能效果。

2.2 仿真研究

在進行仿真研究的過程中，需要保障不同容積的液壓蓄能器，不會由于形成的不同預氣壓力影響到能量的回收再利用效果。為此首先需要建立起回轉液壓系統的模型，這樣就可以針對不同容積的液壓蓄能器，對處于不同的預充氣壓當中余液壓系統的能量回收性能造成的影響，進行仿真的計算和分析，進而可以得出較為準確的數據，從而明確不同容積的液壓蓄能器同能量回收再利用率之間的具體關系，之后再進行詳細的數據分析和比較，整理出較為全面的數據對比。

基于液壓蓄能器在制造規格上的標準，本文采用41L、53L以及79L的液壓蓄能器進行試驗分析，使其控制在不同的預充氣壓力之中，其不同容積的氣壓為9MPa、11MPa、13MPa、16MPa、21MPa、23MPa、26MPa、29MPa，將其進行嚴謹的仿真試驗。具體情況如表1所示。

結果表明，在控制液壓蓄能器的容積不變的情況下，不斷提升預充氣的數值，其回轉液壓系統當中存在的負載轉動動能的回收再利用率也會上升，并當充氣的壓力值達到16MPa的時候，再提升充氣壓力也基本位置在58%左右。而通過觀察，在預充氣壓力處于降低狀態的時候，不斷的對其容積面積進行調整，就可以實現提升能量回收再利用率的效果。但是當預充氣壓力達到一定的范圍之后，會造成液壓蓄能器的不會再與能量利用率產生明顯的關系。

由于回轉液壓系統在正常運轉的過程中，不同角度的回轉角度能夠直接造成不同程度的回收再利用率的變化，為此在液壓挖掘機正常工作的情況下， 需要進行回轉角度的調整，使其保持在61-74度之間，同時還需要對其不同回轉角度進行系統的仿真分析。

在進行的仿真實驗方面可以有效得出結論：當回轉的角度在61-180度之間的位置時，進行回轉的速度曲線主要由加速段和減速段共同組成，在數據當中并沒有一個勻速運動的階段。隨著回轉角度的不斷變化，使其在進行回轉的過程中，也出現了不同的最高速度值，不斷提升回轉角度，其需要的最高回轉速度值也在進行著提升[1]。

從實驗中可以發現，當上車轉角處于61-180度之間的位置時，不斷提升會回轉的角度，能夠發現能量回收再利用率在有逐步的提升，同樣也伴隨著最高轉速的提升，能量回收再利用率也有著提升的現象，最終其能量回收再利用率圍繞著58%上下徘徊。這就可以得出相應的結論，之后當上車轉角控制在61-180度之間的位置時，提升了轉角值也就能夠促進在制動過程中上車動能的回收，同時也能夠使其在下一次的啟動過程中進行高效率的能量回收再利用，這樣就可以實現對回轉液壓系統當中的節能效果。

3模擬實驗研究

現階段采用了靜液傳動混合動力模擬實驗平臺，對設備對上車回轉角度對能量回收再利用率的影響進行詳細的研究和分析，并進行模擬實驗研究。進行模擬實驗的設備中主要包含軟硬件兩種，其中硬件設備主要有試驗臺主體、計算機以及數據的采集設備，而軟件方面主要利用C++Buildea5.0軟件作為主要的系統編程和開發軟件，進而實現對系統的控制[2]。

在試驗的過程中，首先需要對回轉角度進行計算，并分析與能量回收再利用率之間的關系，這樣就可以制作出數據表格。在試驗結果表明，其中首先能夠提升回轉角度的數值，之后能夠提升能量回收的再利用率，之后再提升回轉角度不再改變再利用率，使其處于平穩的狀態，為此可以說明上述的仿真實驗結果真實可靠。

4結束語

綜上所述，由于其獨特的結構類型，為在對能量回收再利用的液壓挖掘機回轉系統節能分析和研究過程中，為了進一步的提升節能效果，就需要明確液壓系統在工作當中的原理，進而進行仿真試驗，從而說明液壓系統可以起到節能的作用。

參考文獻

[1] 李遠凱，郭衛，郟高祥.基于PSO的混動挖掘機回轉系統軌跡優化策略[J].現代電子技術，2020，43（5）：137-140.

[2] 黃偉男，董致新，夏連鵬.基于手柄積分的液壓挖掘機回轉系統速度位置復合控制特性[J].北京理工大學學報，2020，40（2）：193-197.

作者簡介

邵輝，遼寧沈陽人;學歷：碩士研究生，現就職單位：沈陽德威克機電設備有限公司，研究方向：流體傳動力學。