液压挖掘机动臂回路节能研究

作     者：夏德政 

作者单位：太原科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘志奇

授予年度：2012年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：挖掘机 动臂回路 AMESim 节能 

摘      要：液压挖掘机作为大功率的土石方作业工具，在道路施工、市政建设以及水利工程中发挥了不可替代的巨大作用。随着液压挖掘机被越来越广泛的应用，它的高油耗、差排放和高污染等缺点暴露无遗，造成了严重的环境污染和很大的能源消耗。尤其是液压挖掘机动臂动作时，由于工作装置部分具有很大的重力势能，大量的液压能消耗在动臂多路阀的节流口上，造成了很大的能量浪费。随着中国工程机械的飞速发展和全球化战略的部署，解决改进这一问题已经势在必行，同时这一课题也成为了工程机械单位和科研院所的研究热点。在该背景下，本文选用某型号22T正流量挖掘机作为研究对象，对动臂回路的节能问题进行研究。主要研究内容如下： （1）首先分析了液压挖掘机节能研究的重要意义，以及挖掘机能量损失的主要形式和原因，阐述了国内外液压挖掘机节能技术的发展情况，接着重点简述了动臂回路节能技术的发展过程。 （2）对液压挖掘机工作装置进行了运动学和动力学分析，进行了公式推导，建立了相应的数学模型，并推出了动臂、斗杆和铲斗的动能、位能以及相应的液压缸受力。 （3）分别分析了液压挖掘机的整机工况、满斗举升回转和空斗返回工况特点。接着分别阐述了动臂节流回路、普通流量再生回路的工作原理，并建立了两者的数学模型。最后，建立了普通流量再生回路的AMESim数学模型，并进行了相关的参数计算和仿真参数设置。经过运行仿真，得出了动臂液压缸无杆腔和有杆腔的压力和流量特性，以及再生部分流量曲线。 （4）针对普通流量再生回路在节能方面的不足，提出了新型动臂节能回路。这种回路不但具有普通流量再生回路的流量再生作用，而且还具有能量回收的作用，从而避免了过多的液压能和重力势能损失在多路阀的节流口上。通过对新型动臂回路的原理进行分析，建立了它的数学模型，并进行了动臂基本回路的压降计算和液压系统效率的计算。 （5）对液压仿真软件AMESim进行了介绍，并分别建立了流量再生回路和新型动臂节能回路的仿真模型。在此基础上，建立了新型动臂回路的AMESim仿真模型，进行了相关的参数计算和仿真参数设置，通过运行仿真，分别得出了两种回路的流量和压力特性曲线。最后，通过对普通流量再生回路和新型动臂节能回路进行仿真对比，得出了新型动臂回路在保持运动特性的同时，比流量再生回路更加节能的结论。