液压挖掘机蓄能器回转系统节能研究

液压挖掘机蓄能器回转系统节能研究

张承前

张承前

山东科技大学机械电子工程学院山东青岛266510

摘要：程机械在当今世界的各项建设中扮演着重要的角色。挖掘机主要用于土石方开挖，在工程建设、矿山采掘、农田水利和军事工程等领域应用广泛。而挖掘机在工作过程中的燃油利用率低、排放差已经成为普遍存在的问题，挖掘机节能问题的研究对于提高资源的有效利用率和减少污染具有重要的意义。本文从研究回转系统的节能入手系统并完整地进行了对挖掘机整体和回转系统的分析，确定了不同的节能方案，并对节能的效果进行了横向的比较。

关键词：液压挖掘机；回转系统；蓄能器

1引言

现在国内的挖掘机自主节能研究方面仍然初步研究的阶段，水平较低。所以国内的厂家在提高液压挖掘机的能量利用率上，所应用的主要办法有以下两点，一是：与国际的企业进行合资，利用国外的先进节能技术和自己的生产能力，来达到节能的效果，其中包括烟台大宇、合肥日立、常州现代、成都神钢、徐州卡特等；二是：直接利用国外改进后的液压元件、液压传动系统和液压控制系统来提高国产挖掘机性能，比较有代表性的有三一重工公司，就采用了国外的电控控制系统，将林德液压的负荷传感同步控制系统应用在国产挖掘机上，取得了不错的成效。

2基于蓄能器回转系统的分析

在回转的过程中,能量的流失主要存在于启动时的溢流损失和平台制动时的动能转化为系统的热量的流失。如果把这部分的能量能够储存起来，到达回收再利用的效果，对液压挖掘机的节能效果是非常有效的。

蓄能器是液压系统中的能量存储装置，蓄能器在液压系统中的作用一般可以分为五个方面。

(1)顾名思义，蓄能器具有存储能量的作用。蓄能器可以合适的时机将液压系统中的制动动能、重力势能等能量回收储存起来，减少能量的浪费。

(2)蓄能器可以作为辅助的动力源。因为蓄能器中可以储存能量，当系统需要能量时，蓄能器就可以把储存的能量释放出来，和泵一起给执行元件供油，这样就可以减少原动机的功率。

(3)可以吸收压力的冲击和减少脉动。在某些液压系统中，当换向阀换向时，执行元件需要制动，在液压系统中都会产生压力冲击。这些压力会导致液压系统的压力变大，有可能会损坏一些液压元件，并且会使系统产生振动，有时也伴随着一些噪音。而在液压系统中装设蓄能器，则可以缓冲这种冲击，维持系统的相对稳定。

(4)具有压力补偿作用。对于液压系统的内部泄露，如果用泵来补偿压力，会增加泵的负荷和减少泵的寿命，用蓄能器来补偿系统的压力，从而减少能耗，延长泵的使用时间。

(5)蓄能器可以作为紧急动力源。当液压系统出现紧急故障时，而执行元件需要继续运行。这时蓄能器可以在短时间内提供足够的能源，把储存的能量释放出来，来推动执行元件的继续运行。

现在应用最为广泛的为气体加载式的蓄能器，它具有响应速度快，容量较大，允许的工作压力大，成本低，易于安装等优点。

3蓄能器能量回收方案的分析

蓄能器应用于液压系统的回收方案，一般分为增压利用和直接利用，如图3.1。

在此方案中，蓄能器中的能量是在合适的时机释放到液压泵的入口，然后进入液压回路减少液压泵进出口的压差，减低电动机的输出功率，来提高能量的利用率。在该系统中，蓄能器的流量是由液压泵决定的，当发动机的转速恒定时，蓄能器输出的流量基本是恒定的，而当负载发生变化时，回转马达中的对流量的需求会发生变化，这就导致蓄能器中的能量有一部分不能够被利用，而且该方案的能量环节的增加导致系统的能量利用率不高。

所示为蓄能器的直接利用方案，蓄能器直接与液压马达的进油口相连，在合适的时机直接向液压马达输入液压油，推动液压马达的回转，从而减少液压泵的能量损耗，与增压利用方案不同的是，蓄能器的输出流量由液压马达决定，这样就避免了蓄能器中的流量有部分不能被利用的缺点，该方案的利用率相比间接利用的能量回收的利用率较高。

图3.1蓄能器增压利用方案

3结语

通过比较分析我们在基于蓄能器回转的系统实际时采用直接利用的方案。在原系统能量损失的基础上，利用了蓄能器能够储存和释放能量的特点，对利用蓄能器的不同方案进行分析，设计了基于蓄能器的回转系统和蓄能器释放和回收能量的控制策略，

参考文献

[1]李艳杰，于安才，姜继海.挖掘机节能液压控制系统分析与应用[[J].液压与气动，2010}C8):69-74.

[2]王炎.液压挖掘机符合传感系统的仿真研究及节能分析田].湖南:中南大学机械设计及理论，2009，7(1):12-15.

[3]裴磊.混合动力挖掘机势能回收系统的研究fDl.杭州:浙江大学硕士学位论文，2008:29-31.

作者简介

张承前（1997-），男，汉族，山东省淄博市高青县；本科；机械设计制造及其自动化。