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基于电液储能调控的多执行器载荷差异均衡系统特性研究

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机械工程学报 2023年第18期59卷 337-348页

作者：梁涛权龙葛磊王永进太原理工大学新型传感器与智能控制教育部和山西省重点实验室太原030024

工程机械普遍采用集中动力源供能的液压多执行器技术,输出力大、功率密度高,但存在能量利用率低的致命不足。尤其对于执行器复合动作,载荷差异造成的过大节流损失,至今难以找到有效的解决方案。为此,提出多执器载荷差异电液储能均衡系统... 详细信息

工程机械普遍采用集中动力源供能的液压多执行器技术,输出力大、功率密度高,但存在能量利用率低的致命不足。尤其对于执行器复合动作,载荷差异造成的过大节流损失,至今难以找到有效的解决方案。为此,提出多执器载荷差异电液储能均衡系统,采用电液复合储能调控原理对执行器非驱动腔压力进行调控,使各执行器驱动腔压力相等,在同一套硬件基础上,有效降低载荷差异造成的节流损失,同时高效回收了执行机构重力势能。首先对所提系统单执行器的速度和压力控制特性进行试验研究,在此基础上以液压挖掘机为应用对象,对所提系统多执行器复合动作特性进行研究。仿真和试验结果表明,系统具有良好的轨迹跟踪性能和压力控制特性。并且在挖掘机动臂和铲斗复合动作工况下,与电液流量匹配系统相比,所提系统的节流损失降低了75%,能耗降低了12.7%,系统能量回收效率为30.3%,并提升了多执行器复合动作的协调性。新的节能方案同样适用于其他多执行器复合作业的工程机械。

关键词：载荷差异均衡能量回收节能工程机械

机电液混合驱动直线执行器构型设计与性能测试

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机械工程学报 2022年第5期58卷 212-222页

作者：乔舒斐郝云晓权龙葛磊夏连鹏太原理工大学新型传感器与智能控制教育部和山西省重点实验室太原030024

针对阀控液压缸节流损失大,电机械执行器带载能力弱的问题,通过液压缸活塞与电机械执行器螺母刚性连接的方式,将两类执行器集成为新型的机电液混合驱动直线执行器,主要由电机械驱动机构和液压驱动机构组成。电机械驱动机构用于执行器运... 详细信息

针对阀控液压缸节流损失大,电机械执行器带载能力弱的问题,通过液压缸活塞与电机械执行器螺母刚性连接的方式,将两类执行器集成为新型的机电液混合驱动直线执行器,主要由电机械驱动机构和液压驱动机构组成。电机械驱动机构用于执行器运动控制,液压驱动机构具有功率放大功能,用于提高执行器带载能力。研究中,活塞杆设计为中空结构用于长行程丝杠的安装,活塞上增设有通油孔用于油液的快速流通。通过密封设计,将活塞两侧设计为可充高压油液的容腔,采用ANSYS Workbench有限元软件对新型执行器零部件进行强度校核。最后,制造执行器试验样机并构建性能测试平台,测试结果表明,设计的机电液混合驱动直线执行器密封效果良好,运动过程中启制动平稳,具有良好的速度与位置控制特性;执行器液压驱动机构增力效果显著,且节流损失较小。所提机电液混合驱动直线执行器融合了液压驱动和电机械驱动的优点,为实现高能效高功率密度直线驱动提供了一种新的思路。

关键词：机电液混合驱动直线执行器电机械执行器液压缸集成结构设计

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异形反馈槽对比例节流阀特性的影响

中国机械工程 2023年第16期34卷 1921-1928页

作者：周兴炜冯克温赵星宇葛磊杨敬权龙太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室太原030024

研究了不同反馈槽形状下Valvistor型比例节流阀的流量特性,为实现执行器多级流量控制提供参考。建立了比例节流阀数学模型和多学科联合仿真模型,并通过试验验证了模型的准确性。在此基础上,分析了不同反馈槽形状和参数对阀动静态特性的... 详细信息

研究了不同反馈槽形状下Valvistor型比例节流阀的流量特性,为实现执行器多级流量控制提供参考。建立了比例节流阀数学模型和多学科联合仿真模型,并通过试验验证了模型的准确性。在此基础上,分析了不同反馈槽形状和参数对阀动静态特性的影响。结果表明:反馈槽形状不同,比例节流阀流量特性不同;当反馈槽形状为倒梯形时,阀初始流量增益小,有利于执行器平稳启动;当反馈槽形状为双矩形组合时,阀具有良好的微动控制特性;同时,比例节流阀响应速度随反馈槽面积增益的增大而变快,但较大面积增益和较小预开口量会降低阀的稳定性。

关键词：液压元件比例节流阀反馈槽微动特性动静态特性

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泵阀双源协同驱动多执行器系统特性研究

西安交通大学学报 2022年第3期56卷 1-11页

作者：梁涛张晓刚权龙赵二辉太原理工大学新型传感器与智能控制教育部和山西省重点试验室太原030024

针对工程机械等多执行器复合作业装备中阀控系统节流损失严重、泵控系统装机功率过大的问题,提出一种泵阀双源协同驱动多执行器系统。首先对不同系统能效机理进行理论分析,明确了载荷差异造成阀控系统大量节流损失的根本原因是各执行器... 详细信息

针对工程机械等多执行器复合作业装备中阀控系统节流损失严重、泵控系统装机功率过大的问题,提出一种泵阀双源协同驱动多执行器系统。首先对不同系统能效机理进行理论分析,明确了载荷差异造成阀控系统大量节流损失的根本原因是各执行器驱动腔压力不同。在此基础上,设计了基于所提系统的极低压损控制策略。然后,借助SimulationX仿真软件,建立了37 t液压挖掘机仿真模型,通过试验验证了模型的准确性,并进一步建立了泵阀双源协同驱动和电液流量匹配系统液压挖掘机联合仿真模型。最后,分析对比动臂和铲斗空载复合动作工况下,所提系统与电液流量匹配系统的运行特性和能量特性。结果表明:与电液流量匹配系统相比,所提系统显著改善了重载执行器响应滞后现象,提升了系统运行平稳性,同时大幅降低了载荷差异造成的轻载执行器回路压力损失,整机节流损失和能耗分别降低了67.2%和39.8%。本研究可为降低多执行器复合作业装备节流损失提供全新的解决方案。

关键词：阀控系统泵控系统工程机械多执行器载荷差异节能

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新型补偿压差可控型多路阀设计与分析

中南大学学报（自然科学版） 2022年第6期53卷 2060-2070页

作者：王波李运帷冯克温权龙太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室山西太原030024

针对传统压力补偿型多路阀流量控制精度低、小流量控制难、流量范围受限等问题,提出补偿压差连续控制多路阀流量方法。首先,设计并理论分析补偿压差可控型多路阀;其次,分别建立三通比例减压阀及负载敏感多路阀模型,通过试验验证仿真模... 详细信息

针对传统压力补偿型多路阀流量控制精度低、小流量控制难、流量范围受限等问题,提出补偿压差连续控制多路阀流量方法。首先,设计并理论分析补偿压差可控型多路阀;其次,分别建立三通比例减压阀及负载敏感多路阀模型,通过试验验证仿真模型的准确性;第三,联合2个部分关键子模型,构建补偿压差可控型多路阀多学科联合模型;最后,通过原理试验验证所提方法的正确性,研究多路阀补偿压差调控特性及其影响因素。研究结果表明:相较传统多路阀,设计的补偿压差可控型多路阀的补偿压差能够在0~3.4 MPa范围内变化;在0.3~3.2 MPa补偿压差范围内,阀口流量能够在44%~136%的额定流量范围内变化;通过调控补偿压差对补偿器的液动力进行补偿,提高了多路阀流量控制精度,液动力补偿效果明显;随着控制台肩d2直径增大,多路阀补偿压差调控范围增大,但补偿器动态特性响应时间增大,阀体结构增大。在满足补偿压差调控需求范围内,应选择小的控制台肩。

关键词：工程机械负载敏感多路阀压力补偿器补偿压差可控液动力补偿流量特性

基于FPGA的Φ-OTDR系统数字正交解调方法

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电子测量与仪器学报 2024年

作者：李沛峰刘丽王宇刘昕白清靳宝全太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室

相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)通常利用相干探测的方式实现长距离、分布式、高灵敏度的振动检测。为了准确获取振动信号的位置与相位信息，正交解调算法是当下广泛使用的重要技术，但该算法存在耗时过长的局限。针对此问题，提出了一... 详细信息

相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)通常利用相干探测的方式实现长距离、分布式、高灵敏度的振动检测。为了准确获取振动信号的位置与相位信息，正交解调算法是当下广泛使用的重要技术，但该算法存在耗时过长的局限。针对此问题，提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的瑞利散射信号快速解调方案，采用流水线结构实现传感数据采集以及数据解调的同步，通过数字正交混频技术获取两路正交信号，利用有限冲激响应低通滤波去除高频分量，利用坐标旋转数字算法(CORDIC)向量模式实现振动相位硬件解调，可以较好地提升相干探测Φ-OTDR系统整体的实时性。实验结果表明，在探测距离40 km的条件下，传感系统可成功实现振动信号的定位与相位还原。而探测距离不变，数据采集条数提升至4000条时，FPGA解调仅耗时1.60 s，与传统的上位机CPU解调方案相比缩短了145.61 s，从而为Φ-OTDR振动传感数据的实时解调提供了参考。

关键词：光纤传感相位敏感光时域反射仪现场可编程门阵列坐标旋转数字算法

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电-液双源混驱装载机举升系统特性研究

机械工程学报 2023年第7期59卷 41-51页

作者：王翔宇郝云晓权龙葛磊刘华坤太原理工大学新型传感器及智能控制教育部实验室太原030024

装载机广泛应用于工程建设、抢险救灾等关乎国计民生的领域。普遍采用液压系统驱动与传递动力,但系统能量效率较低,且在装卸货物的过程中存在大量势能浪费,增加了整机燃油消耗和碳排放量。针对上述问题,提出电-液双源混合驱动系统,将电... 详细信息

装载机广泛应用于工程建设、抢险救灾等关乎国计民生的领域。普遍采用液压系统驱动与传递动力,但系统能量效率较低,且在装卸货物的过程中存在大量势能浪费,增加了整机燃油消耗和碳排放量。针对上述问题,提出电-液双源混合驱动系统,将电机械执行器的高能效与液压缸-蓄能器高势能回收效率的优势相融合,采用高能效电机械执行器控制系统运动,液压缸-蓄能器平衡系统外负载力并回收利用系统重力势能。文中根据所提电-液混驱系统工作原理,对系统进行了理论分析,进一步搭建了所提系统试验测试平台,对系统的电液功率配比进行了优选,明确了系统的工作与能耗特性。试验结果表明,与原有阀控系统相比,相同工况下所提系统可降低能耗51.7%,峰值功率59.6%。研究成果对工程机械领域“双碳”战略愿景目标的实现具有积极促进作用。

关键词：电-液双源混驱电动缸能量回收装载机举升系统

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串联阀芯阀口独立控制多路阀设计及特性研究

机械工程学报 2024年第4期60卷 113-125页

作者：赵星宇王波权龙葛磊周兴炜太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室太原030024

现有多路阀存在大流量低压损控制难、动态特性差等问题,且阀芯机械固联,压损大、自由度低,难以满足高端主机对操纵性、节能性、智能化、负载适应性的需求。为此,基于插装阀大流量控制特性好和滑阀微动性能好的优点,创新提出换向滑阀的... 详细信息

现有多路阀存在大流量低压损控制难、动态特性差等问题,且阀芯机械固联,压损大、自由度低,难以满足高端主机对操纵性、节能性、智能化、负载适应性的需求。为此,基于插装阀大流量控制特性好和滑阀微动性能好的优点,创新提出换向滑阀的进出口串接两个流量放大型比例插装阀的新构型,研制串联阀芯阀口独立控制多路阀。两个插装阀可以根据控制需求设计为流量控制或压力控制功能,系统自由度高,具有很高的智能化潜力。为了实现流量和压力的高精度冗余控制,设计串联式双级位移闭环+并联式流量/压力闭环控制策略,通过仿真研究位置、流量、压力三种工作模式下阀的特性。并试制样阀,搭建试验台对压损特性、位移滞环、流量控制特性、动态响应特性和稳态负载特性进行了测试。结果表明,样阀额定流量达到300 L/min,主阀位移滞环小于1%;主阀阶跃响应小于35 ms,具有较高的动态特性;流量最大偏差小于5%,流量控制精度高。

关键词：多路阀阀口独立控制稳态特性动态特性

氟取代有机空穴传输材料在钙钛矿太阳能电池中的应用研究进展

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有机化学 2024年第4期44卷 1197-1209页

作者：刘冬张晓晔李战峰太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室太原030024

钙钛矿太阳能电池(PSCs)因其性能优异、成本低廉和制备工艺简单,在环境、生态和能源结构调整方面具有重要意义.其中空穴传输材料(HTMs)有效调节电池界面势垒、促进空穴传输和收集、降低电荷复合、优化钙钛矿层与电极界面以及改善钙钛矿... 详细信息

钙钛矿太阳能电池(PSCs)因其性能优异、成本低廉和制备工艺简单,在环境、生态和能源结构调整方面具有重要意义.其中空穴传输材料(HTMs)有效调节电池界面势垒、促进空穴传输和收集、降低电荷复合、优化钙钛矿层与电极界面以及改善钙钛矿光吸收层的性质,在PSCs中发挥重要的作用.氟取代材料具有独特的电荷传输特性和光电性能,向有机分子中引入具有诱导效应和共轭效应的氟原子可以降低分子能级,提高HTMs的空穴迁移率,进而提高PSCs的性能.此综述对氟取代有机空穴传输材料对PSCs光电性能的影响及其作用机制进行了梳理和总结.

关键词：钙钛矿太阳能电池空穴传输材料氟取代有机材料