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微挖掘机去中心化水力学

来源:亚洲城ca88手机版官网编辑:ca88会员登录入口发表时间:2017-08-22 08:48:56

环境限制和经济压力促使人们对混合动力和电动越野移动机械产生了更大的兴趣。根据Tatiana Minav、Tatiana Minav和Tatiana Minav在芬兰埃斯波大学的Tatiana Minav和Shuzhong Zhang的研究,除了在液压系统中节能的方法外,一个有前景的概念是z区域性的或分散的液压系统,这是在飞机工业中首先开创的方法。

研究人员在一台类似于JCB微挖掘机的机器上检查了分散的液压系统。(照片由JCB)

在今年6月在瑞典的年会上举行的第15届北欧国际流体动力会议上,他们描述了一个完全分散的系统,可以提高生产力,减少能源消耗,并确保在不同环境下运行的移动设备的性能良好。

研究人员说,在传统的挖掘机中,与最大工作负荷对应的液压动力总是由水泵提供,而过量的电力则会随着热量消散。即使在低工作负荷的情况下,也很难降低输入功率,因为实行机构的联合控制需要分布式流量。此外,在降低和旋转刹车时的势能和动能也会随着热量消散。

多动机构的施工机械通常配备有负载感应(LS)系统。在LS系统中,泵的供给压力被调整以适应最高的负载压力和恒定压力的偏移量。当多个实行机构同时运行时,低负荷实行机构的功率损耗特别大。通过在一个典型的挖掘周期中移除控制阀门,可以避免在工作周期中出现相当大的能量损失,并且可以回收一部分能量。

研究人员注意到,混合动力系统已经被开发出来用于建筑机械,例如系列和并联的混合液压挖掘机。混合系统将通常需要的发动机的功率峰值降至最低,这样可以显著降低燃料消耗,延长发动机寿命,降低维护成本。例子包括一个小松20吨的平行混合挖掘机,日立ZH200和Logset 12H GTE混合林业收获机。该行业的其他趋势包括无阀或位移控制和普通压力-轨方法。

相比之下,Aalto的工程师们的工作是用直接驱动的液压(DDH)来进行分散的液压系统。在一个完全分散的系统中,液压泵与发动机断开连接,并在整个系统中分布的液压动力包中更换。

DDH结合了传统液压和电气智能的优点,并提供了诸如:简单的施工机械的电气化;与传统机器相比,效率更高;少潜在泄漏点;平滑和精确的运动;控制power-on-demand;和能源再生。

在这项研究中,一吨重的JCB微型挖掘机用10千瓦的电动机和锂钛酸电池取代了14千瓦的柴油发动机。摘要采用传统的阀门控制,电动机运行的起止逻辑系统提高了能源效率。

摘要针对典型的挖掘周期,采用DDH的挖掘机液压系统,对其节能效果进行了研究。首先,他们在Matlab仿真中开发了一种耦合多体动力学模型。摘要为了获得致动器的动力响应和能量消耗分布,本研究在matlab/simulink中建立了一种特殊的模型,该模型集成了微型挖掘机的力学、液压、电气和控制系统。仿真结果验证了微挖掘机的简化模型。

在微型挖掘机中,采用了内部齿轮马达(即泵/电机),在泵和电机之间进行了操作模式切换。用于膨胀、臂和桶的原始阀门控制系统分别被3个DDH单元取代。在DDH装置中,一种固定的排量泵/电动机,具有转速控制的电动伺服马达,直接控制泵进和出出系统的油量。液压泵/电机根据伺服电机的转速,产生一个流量。此外,一个液压蓄能器取代了传统的坦克。

在模拟中,典型的挖掘周期代表着挖掘机挖土,旋转,将负载释放到桩上,然后回到初始位置。桶容量为20公斤。

一个关键的目标是在一个典型的运行周期中计算DDH单元的能量效率和总体效率,并确定能量恢复的潜力。结果表明,在工作周期中,热膨胀DDH、arm DDH和桶DDH的能量效率分别为67.5%、75.4%和77.5%。3个DDH单位的前附件的整体效率大约是73.3%这比一种典型的5吨级挖掘机的效率高了很多。此外,繁荣DDH的潜在能源复苏估计为1.54 kJ。

Logset 12H GTE收割机是混合动力移动设备的一个例子。

为简单起见,模拟结果使用了一个独立的DDH电源组,代表一个桶或一个臂柱,同样需要的泵/电机的位移比。相对于仿真,位置、速度和压力的测量结果显示了可接受的精度。

研究人员警告说,这个模型需要进行一系列的简化。气缸摩擦的模型没有考虑温度和压力的变化。泵泄漏模型只考虑压力差,而不考虑速度和温度变化。在这个模型中不包括开/关阀门,管道被认为是静态流体。同样地,没有研究空化问题。他们说,在最初的研究阶段,这些简化被认为是可以接受的,尽管它们应该在将来被考虑。

对DDH和分散水力学的系统控制并不是该研究的重点,也没有对其进行详细的研究。一种自调节的模糊PID控制,控制电机的转速控制,采用固定PID控制作为电流控制和气缸位置控制,以响应液压系统的负载力矩扰动。因为分散的液压系统不使用比例控制阀,系统阻尼比传统系统低,这导致了一些振荡。因此,未来的DDH的控制策略可以得到改进。

与DDH的能量再生可以提供额外的好处。例如,繁荣DDH的潜在能量回收可以转化为电能。在本研究中,在此研究中,不考虑能量存储、逆变器和电力电子的逆变器的逆变器。能量可以通过电池或超级电容器来储存,尽管这需要额外的组件,并影响成本、效率和维护。

尽管如此,该研究表明,在微挖机中,效率增益、典型的循环控制和潜在的能量回收是可行的。因此,在未来的建筑设备设计中,可以采用分散式方法。


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