基于能量回收再利用的液压挖掘机回转系统节能思考

邵辉 王艳丹

摘 要 为了进一步的提升液压挖掘机的节能效果，本文从一个标准工作循环中的液压系统着手，进行各执行元件能耗的分析，试图证明液压挖掘机回转系统的节能效果。进行这种形式的分析可以帮助液压挖掘机进行节能研究提供出较为完善的理论以及使用价值。

关键词 能量回收再利用;液压挖掘机回转系统;仿真研究;系统节能

前言

液压挖掘机是现阶段一种重要的通用型工程机械，具有性能高的特点，可以在诸如挖掘、平地以及打桩等作业当中发挥出应有的效果。现阶段，液压挖掘机已被被广泛地应用到工程的建设当中，为此更加需要在使用的过程中对其回转系统进行节能的研究，以此降低在施工环节的能源消耗。

1基于能量回收再利用的节能型回转液压系统

为了尽可能提升挖掘机当中的回转液压系统当中的能量利用率，本文就首先基于能量回收再利用的节能型回转液压系统进行分析。

在该系统之中，利用所配置的液压泵或者马达来作为回转执行元件，这样就可以对回转速度进行实时的控制，也能控制能量回收系统，可以在系统中加入液压蓄能器，这样就可以保障对在所形成的回转制动当中所发出的能量进行及时的回收。液壓泵和马达都是可以在四个象限进行工作的元件类型，为此可以利用对变量液压杆的控制，使其能够使斜盘摆角可以顺利地摆过零点的位置，从而将液压泵以及液压马达工况进行及时的切换，并且还能对液压回路进行速度的调节[1]。

同时，在系统的回转启动环节，液压泵和马达在液压马达工况中工作，能够为车辆提供足够的驱动力。但是在回转制动的过程中，受到惯性的影响，导致负载的驱动会有着液压蓄能器泵油的情况发生，进而对回转所产生的动能进行回收。为此在下一次的启动当中，液压泵和马达在工作当中可以对前一次的制动所回收到的能量进行释放，进而保障液压泵和马达有着机油供给，从而实现驱动机的负载转动。

2节能型回转液压系统能量回收再利用率的仿真研究

本部分主要对节能型回转液压系统能量回收再利用率进行了研究：

2.1 建立SimHyraulics模型

在对节能型回转液压系统能量回收再利用率的研究过程中，首先需要建立起SimHyraulics模型，具体模型如下图1所示[2]。

在图2所显示的模型之中，其内部结构主要有原动机、液压泵、液压蓄能器、液压泵马达、减速装置以及负载等各种测量模块所组成，并进行仿真研究分析其节能效果。

2.2 仿真研究

在进行仿真研究的过程中，需要保障不同容积的液压蓄能器，不会由于形成的不同预气压力影响到能量的回收再利用效果。为此首先需要建立起回转液压系统的模型，这样就可以针对不同容积的液压蓄能器，对处于不同的预充气压当中余液压系统的能量回收性能造成的影响，进行仿真的计算和分析，进而可以得出较为准确的数据，从而明确不同容积的液压蓄能器同能量回收再利用率之间的具体关系，之后再进行详细的数据分析和比较，整理出较为全面的数据对比。

基于液压蓄能器在制造规格上的标准，本文采用41L、53L以及79L的液压蓄能器进行试验分析，使其控制在不同的预充气压力之中，其不同容积的气压为9MPa、11MPa、13MPa、16MPa、21MPa、23MPa、26MPa、29MPa，将其进行严谨的仿真试验。具体情况如表1所示。

结果表明，在控制液压蓄能器的容积不变的情况下，不断提升预充气的数值，其回转液压系统当中存在的负载转动动能的回收再利用率也会上升，并当充气的压力值达到16MPa的时候，再提升充气压力也基本位置在58%左右。而通过观察，在预充气压力处于降低状态的时候，不断的对其容积面积进行调整，就可以实现提升能量回收再利用率的效果。但是当预充气压力达到一定的范围之后，会造成液压蓄能器的不会再与能量利用率产生明显的关系。

由于回转液压系统在正常运转的过程中，不同角度的回转角度能够直接造成不同程度的回收再利用率的变化，为此在液压挖掘机正常工作的情况下， 需要进行回转角度的调整，使其保持在61-74度之间，同时还需要对其不同回转角度进行系统的仿真分析。

在进行的仿真实验方面可以有效得出结论：当回转的角度在61-180度之间的位置时，进行回转的速度曲线主要由加速段和减速段共同组成，在数据当中并没有一个匀速运动的阶段。随着回转角度的不断变化，使其在进行回转的过程中，也出现了不同的最高速度值，不断提升回转角度，其需要的最高回转速度值也在进行着提升[1]。

从实验中可以发现，当上车转角处于61-180度之间的位置时，不断提升会回转的角度，能够发现能量回收再利用率在有逐步的提升，同样也伴随着最高转速的提升，能量回收再利用率也有着提升的现象，最终其能量回收再利用率围绕着58%上下徘徊。这就可以得出相应的结论，之后当上车转角控制在61-180度之间的位置时，提升了转角值也就能够促进在制动过程中上车动能的回收，同时也能够使其在下一次的启动过程中进行高效率的能量回收再利用，这样就可以实现对回转液压系统当中的节能效果。

3模拟实验研究

现阶段采用了静液传动混合动力模拟实验平台，对设备对上车回转角度对能量回收再利用率的影响进行详细的研究和分析，并进行模拟实验研究。进行模拟实验的设备中主要包含软硬件两种，其中硬件设备主要有试验台主体、计算机以及数据的采集设备，而软件方面主要利用C++Buildea5.0软件作为主要的系统编程和开发软件，进而实现对系统的控制[2]。

在试验的过程中，首先需要对回转角度进行计算，并分析与能量回收再利用率之间的关系，这样就可以制作出数据表格。在试验结果表明，其中首先能够提升回转角度的数值，之后能够提升能量回收的再利用率，之后再提升回转角度不再改变再利用率，使其处于平稳的状态，为此可以说明上述的仿真实验结果真实可靠。

4结束语

综上所述，由于其独特的结构类型，为在对能量回收再利用的液压挖掘机回转系统节能分析和研究过程中，为了进一步的提升节能效果，就需要明确液压系统在工作当中的原理，进而进行仿真试验，从而说明液压系统可以起到节能的作用。

参考文献

[1] 李远凯，郭卫，郏高祥.基于PSO的混动挖掘机回转系统轨迹优化策略[J].现代电子技术，2020，43（5）：137-140.

[2] 黄伟男，董致新，夏连鹏.基于手柄积分的液压挖掘机回转系统速度位置复合控制特性[J].北京理工大学学报，2020，40（2）：193-197.

作者简介

邵辉，辽宁沈阳人;学历：硕士研究生，现就职单位：沈阳德威克机电设备有限公司，研究方向：流体传动力学。