压力容积调控工程装备动势能液电协同储用理论与方法

Hybrid technology is a new research direction of energy saving and emission reduction of engineering equipment. The efficiency of dynamic energy recovery is crucial to its applications. In the method of existing electrical energy storage, in the beginning of heavy hydraulic actuator breaking, it causes big impact and vibration in the attachment because there are not enough balance torque built. If additional throttling control is used, the energy consumption will increase. Therefore, we propose a hydraulic-electric cooperation, less throttling dynamic, potential energy regeneration and utilization methodology based on pressure and volume control. Further, a prototype of piston motor /pump with continuously adjustable inlet/outlet pressure is built and evaluated by real experiments. Thus, we could master the capability of proportional pressure piston motor / pump, the mapping of evolution and structure parameters. Through the proposed theory of the heavy lifting mechanism gravity–pressure equilibrium, we would reveal high efficient and stable conversion of large capacity gravitational energy on the heavy lifting mechanism. Additionally, through the theory of torque equilibrium, we would reveal braking energy controllable regulation and high efficient storage mechanism of the large inertia high-speed rotary body. The research of this project could provide theory and method for high efficient utilization of dynamic and potential energy, which could be widely used in the electro-hydraulic control automation equipment.

混合动力技术是工程装备节能减排的前沿研究方向，动势能回收利用效率对其应用至关重要。针对现有电气储能方式，在重载液压执行器起制动初始，不能快速建立足够大平衡扭矩，引起冲击和振动，附加节流控制增加能耗的问题，提出基于压力容积调控，力平衡的直线与旋转机构通用，液电协同的无节流损失动势能存储利用方法，进一步提出进口压力电信号连续可调的恒压柱塞马达/泵原理实现这一目标。通过进/出油口压力连续可控柱塞马达/泵设计理论研究及样机测试，掌握电比例恒压柱塞马达/泵性能成因、演变规律与结构参数的映射关系；通过重载举升机构自重—力平衡液电协同调控理论与方法的研究，揭示重载举升机构大容量重力势能快速平稳高效转换与调控机制；通过大惯性回转机构扭矩平衡液电协同控制理论与方法的研究，揭示大惯性高速回转体制动动能可控高效储用机制。为工程装备动势能高效利用提供先进的理论和方法，成果在电液控制自动化装备中具有广泛应用前景。

为应对当前化石能源日益枯竭和环境恶化的挑战，我国政府已将节能减排确立为基本国策，混合动力技术是工程装备节能减排的前沿研究方向，其中动势能回收利用对其应用至关重要。此外，工程装备运行过程中，重载机构需通过节流平衡方式才能保证其高速平稳运行,存在较大的能量损失。本项目围绕研发高效、低耗、绿色、低碳工程装备，提出了直线与旋转机构通用的，电液协同无节流损失动势能回收利用创新解决方案及进出油口压力连续可调柱塞马达/泵这一核心元件，并开展研究。.提出的基于压力平衡的重载举升机构动势能电液回收利用系统具有良好的动静态特性和能效特性，举升机构运行平稳，无冲击和振荡；比进出口独立控制系统降低能耗42.4%。提出的基于扭矩平衡大惯性回转机构制动动能电液回收利用系统节能效果显著，能量回收率达55.62%，且不影响挖掘机回转系统的启制动特性，并降低了系统的制动压力，减少了回转系统制动时带来的压力波动和冲击。设计制造的新型柱塞马达/泵具有良好的流量压力特性；负载阶跃变化时，柱塞马达/泵压力经过短暂超调振荡后稳定到设定值附近，具有良好的静态负载与控制特性。.项目建立了动势能电液回收利用系统数字样机及试验样机，掌握了无节流损失高效动势能回收利用关键技术及特性规律。研究成果在挖掘机等工程装备具有广泛的应用前景，为我国自主研发节能环保的混合动力工程装备，提供理论及技术支持，突破国外对我国的技术垄断，提高国产装备的国际竞争力。.项目取得的研究成果在Energy、Energy Conversion and Management和机械工程学报等行业顶级期刊和学术会议发表论文28篇，其中SCI索引期刊2篇，EI索引期刊7篇，优秀会议论文1篇；相关授权专利8项；培养博士研究生1名，硕士研究生9名。