关键词： 挖掘机   能量回收   双蓄能器切换   液压系统  

摘要： 液压挖掘机作为一种广泛使用的工程机械,传统挖掘机发动机的能量有80%被浪费,而其中仅在控制动臂液压缸主阀芯处的节流损失和溢流损失占所有节流损失的22%,这其中大部分的能量来自挖臂的重力势能。现有的挖掘机能量回收技术包括机械式能量回收系统、电气式能量回收系统与液压式能量回收系统,这些节能方式针对动臂液压缸受力变化较大的情况下,其操控性与节能性会下降,仍有改进的空间。 本文以某22吨级挖掘机为研究对象,建立挖臂动力学模型,推导动臂液压缸位移、斗杆液压缸位移、铲斗液压缸位移与关节角的关系,分析动臂液压缸受力情况与动臂主油路节流损失情况。针对动臂液压缸受力变化较大的情况下,设计了一种新型双蓄能器切换的能量回收系统,并制定了动臂工作模式切换策略和蓄能器切换与能量管理策略。建立新型系统的数学模型,分析动臂主油路时域响应与平衡单元特性。利用遗传算法优化双蓄能器参数,建立AMESim-Simulink联合仿真模型进行验证,并通过实验验证蓄能器压力变化与储能效率。结果表明,在给定的工况下,双蓄能器切换的挖掘机动臂能量回收系统中动臂势能回收率由单蓄能器能量回收系统的81.97%提升到87.29%,动臂上升时主泵供能减少了9.57%,蓄能器切换对动臂液压缸速度产生的波动仅为10.1%,且实验表明蓄能器在储能时的压力高于释能时的压力,蓄能器的储能效率在95%左右。

关键词： 组合机床   动力滑台   液压系统  

摘要： 本文主要介绍了YT4543组合机床液压系统的设计，通过对组合机床液压系统负载的分析和液压缸主要参数的确定及选取，设计液压系统方案和拟定液压系统原理图，完成了YT4543组合机床液压系统液压泵的计算和选型，阀类元件和辅助元件的选型，以及油管和油箱的设计。根据设计要求，确定了液压系统各种主要部件的性能参数，最后验算液压系统性能，从而完成对YT4543组合机床液压系统的设计。

关键词： 液压传动   气压传动  

ISBN: (纸本)9787564599102

摘要： 本书分为液压系统、气压传动两篇, 共十四章, 主要内容包括: 液压传动概述、液压传动基础知识、液压动力元件、气压传动概述、气动控制元件、气动控制回路等。

关键词： 流体装卸臂   自动对中   液压传动与控制   图像识别算法  

摘要： 据统计,2022年国内成品油使用量达到3.45亿吨,其中约60～70%的油品需要用铁路运输。石化油品的铁路运输中,装车环节造成的损失约占油品总量的1%。另外,目前对运油槽罐车进行装车时,普遍采用人工操作的装卸臂(简称装卸臂),其存在操作人员的劳动强度大,易引发火灾、爆燃等安全隐患。为减少石化油品装车时的泄漏,降低操作人员的劳动强度,以及发生安全隐患的概率,本课题设计开发了一种能够自动识别槽罐车罐口中心坐标,并能自动完成输油装卸臂与罐口对中、下放、输油、退回功能的液压式流体装卸臂,以期实现油品铁路运输时装车过程的自动化。根据铁路运输油品时对装车环节的要求,以及流体装卸臂与槽罐车罐口对中,输油臂下放、输油、退回的动作流程,说明了依据槽罐车罐口检测图像对其中心坐标进行检测的原理,设计了流体装卸臂的液压传动系统,以及装卸臂横移装置的机械结构,完成了流体装卸臂的总体结构设计。根据图像边缘检测技术,由工业一体化相机扫描槽罐车罐口图像,经去噪和直方图修正后,利用改进的Canny算子识别出罐口的轮廓特征;进一步结合正交扫描法,计算得出罐口的中心坐标,完成了槽罐车罐口自动对中定位系统的算法设计。以该算法为核心,通过PLC使之与装卸臂液压伺服系统相结合,实现了控制装卸臂横向位移的功能,完成了流体装卸臂自动对中系统的设计。根据液压传动系统的设计方法,结合流体装卸臂的尺寸与运动参数,设计验算了输油臂下放油缸的结构,对液压系统中各元件进行了选型;根据自动控制原理与液压伺服系统设计方法,建立了具备位置反馈功能的流体装卸臂横移液压伺服系统的数学模型(传递函数),并对其中比例伺服阀、阀控非对称缸等元件进行了负载特性分析,完成了流体装卸臂液压传动控制系统的设计。利用Simulink软件,结合流体装卸臂液压传动控制系统的传递函数,分析了该系统的稳定性、响应的快速性和准确性,并引入改进未来搜索算法优化了PID控制器的参数;利用Amesim软件,仿真分析了输油臂横移液压控制系统的信号跟踪性能及其动态特性,以及输油臂升降液压传动系统的同步性能,并利用实验装置对上述两个系统的动态特性和同步性能予以了验证。本课题研究中,综合运用了图像识别技术、液压传动与伺服控制技术,设计了流体装卸臂的机械结构、罐口中心坐标的图像定位系统、以及装卸臂自动对中与输油臂运动控制系统,并较好地实现了三者间的结合。从性能分析结果看,该系统能够满足铁路运输石化油品时装车环节的实际需求。由此,本课题的研究结果可用于实际流体装卸臂及其控制系统设计时的可靠参考,对实现石化油品装车过程的自动化具有较好的借鉴价值。

关键词： 柑橘树修剪机   丘陵山地   切割器   液压系统   仿真分析  

摘要： 柑橘是我国重要的水果,柑橘树枝条修剪是柑橘生产中的重要作业环节,合理的修剪可以促进柑橘树进行光合作用,提高柑橘产量和品质,同时可以降低生产成本。目前我国果园修剪机修剪效率低、修剪树形单一、不适用于丘陵地区柑橘树果园,针对上述问题,本文基于现有的全液压履带式遥控动力底盘,研制了一款丘陵地区柑橘树修剪机,实现柑橘树修剪高度、宽度和角度可调节,提高修剪效率。主要研究内容及结论包括:(1)设计了丘陵地区柑橘树修剪机总体结构方案。基于丘陵地区柑橘果园修剪要求,提出了整机功能及性能要求和设计参数;根据柑橘树实际生长情况,对比不同的切割器和机架的方案,切割器选择了圆盘锯片切割器和往复式切割器结合,机架选择了导轨滑块式机架,摩擦阻力小,承载能力强;确定了整机结构方案,阐述了修剪机作业的工作原理。(2)开展了圆盘锯片切割器台架试验。以锯切扭矩、功率和修剪质量等级为评价指标,进行了单因素试验探究锯切转速、进给速度和锯片齿数对切割器锯切效果的影响规律,正交试验结果表明3个因素对锯切扭矩、锯切功率均有显著影响,影响程度依次为锯切转速>进给速度>锯片齿数;确定了当锯切转速为1500r/min,进给速度为0.3m/s,锯片齿数为120时,圆盘锯片切割器修剪功耗较小,修剪断面质量光滑平整,此时峰值扭矩为1.87N,峰值功率为235W。(3)基于修剪机总体结构开展了关键零部件设计与分析。完成了往复式切割器运动学分析和力学分析,往复式切割器动刀片任一点的运动速度和力矩均不同;运用ANSYS软件开展了圆盘锯片切割器和机架的静力学仿真,结果显示圆盘锯片切割器最大变形量为0.011mm,最大应力值为4.5MPa,机架最大变形量为2.29mm,应力最大值为151.86MPa,强度和刚度满足设计要求;对圆盘锯片切割器和机架进行六阶模态分析,与外部激振频率对比,结果显示不会发生共振,稳定性较好。根据丘陵地区柑橘果园地形特点,结合修剪机受力分析,开展修剪机在纵坡和横坡行驶时的稳定性分析,推导出纵向、横向极限翻倾角分别为60°、53.57°,修剪机在坡地行驶时不会发生倾覆;极限滑移角主要与轮胎结构参数和作业地形环境相关,纵向、横向极限滑移角分别为31°、28.34°,修剪机在坡地行驶时不会发生滑移,修剪机在坡地行驶稳定性符合要求。(4)完成了丘陵地区柑橘树修剪机液压系统设计与仿真。根据修剪机工作原理完成液压系统设计并进行液压元件的计算与选型,举升油缸选用HSG双向液压油缸,其余油缸选用ROB型液压油缸,圆盘锯片切割器采用BMM8液压油缸,往复式切割器采用BMM32液压马达;运用AMESim软件进行液压系统仿真,验证液压缸回路和液压马达回路设计的合理性,结果显示液压缸运行平稳,液压马达能稳定提供修剪机所需的转速和扭矩,满足设计要求。(5)完成了丘陵地区柑橘树修剪机样机试制并开展了样机功能验证。进行了修剪机功能调试,验证了修剪高度、宽度和角度调节功能,修剪机液压缸在调试过程中无卡顿现象,整体运行平稳,切割器转速达到预期效果。田间试验结果表明,修剪机作业较稳定,平均修剪漏割率为10%,平均修剪合格率为89.8%,修剪断面质量良好,提升了修剪效率,满足设计要求。

关键词： 风电机组   液压系统   可靠性   故障树   共因失效  

摘要： 随着制造业的发展水平不断提高，机械产品的可靠性要求也越来越高，这使得可靠性问题不断被重视起来。故障树分析法是一种用于可靠性分析的主要方法。针对机械产品的维修性以及动态失效行为，传统故障树分析法具有一定局限性，因此，深入研究了可修系统 T-S 动态故障树分析法以及重要度算法;进一步考虑共因失效对可靠性模型准确性的影响，提出共因失效下可修系统 T-S 动态故障树分析法。运用所提方法在风电机组液压系统中进行可靠性分析，验证了所提方法的正确性。　　首先，针对多态系统的状态转移，运用可修系统 T-S 动态故障树分析方法，描述了多态 T-S 动态故障树的时段状态描述规则以及事件时段描述规则，给出了 T-S动态故障树的输入、输出规则算法。对事后最小维修、事后最大维修以及预防性视情维修进行了分析计算。　　其次，考虑到底事件的重要度问题，运用了可修系统 T-S 动态故障树重要度分析方法，在阐述了概率重要度、关键重要度、风险业绩值、风险降低值四种重要度基本概念的基础上，运用不同的维修方式对底事件重要度的变化进行分析对比，进一步验证了预防性视情维修的高效性。　　进而，考虑到共因失效的存在使系统更容易发生故障，利用显式建模法将共因失效模型与动态故障树相结合，并给出了共因失效下 T-S 动态门，提出共因失效下可修系统 T-S 动态故障树分析方法。在加工中心转台系统中进行可靠性分析，验证了所提方法的可行性。　　最后，以风电机组液压系统为例进行可靠性分析，通过对其工作原理和故障机理分析，求得系统在考虑与不考虑维修时的重要度变化;运用所提方法求得在该液压系统中分别考虑与不考虑共因失效存在时的故障概率随着工作时间变化的曲线，验证了所提方法的正确性。

关键词： 故障诊断   动态时间规整   回声状态网络   高斯贝叶斯分类器   液压机械无级变速箱  

摘要： 拖拉机液压机械无级变速箱(Hydro-Mechanical Continuously Variable Transmission,HMCVT)是一种高度自动化的机电液一体化系统,一旦出现故障,不仅故障排查困难、耽误农时,严重时会威胁到作业和行驶安全。由于研究起步较晚,我国缺乏其制造、控制和使用经验,致使变速箱传动系统,尤其是其换段液压系统的工作可靠性问题成为制约其产业化应用的关键瓶颈。为了提高其换段过程的可靠性,本文对其液压系统的故障诊断问题进行了研究:(1)针对当前液压机械无级变速箱故障数据缺乏的问题,搭建了故障诊断试验台实时采集故障数据,并针对样本分割的需求提出了改进的动态时间规整算法。通过对液压机械无级变速箱液压系统常见故障产生机理的分析,以油道泄漏、油道堵塞、密封圈损坏、电磁阀阀芯卡死、离合器活塞卡死几种常见故障类型作为研究对象,采集不同工况下的压力数据,并进行了去噪与整合处理。针对数据采集时出现的断点问题,提出预先使用自顶向下分割方法来加速传统的DTW算法,同时改进DTW距离计算公式,基于相似度计算实现数据样本的分割。该方法极大提高了样本分割的准确性和计算速度。(2)针对重型离合器控制下的液压系统故障特征的高维、非线性和冗余特性,提出了一种基于时间窗和主成分分析的高斯朴素贝叶斯分类方法。该方法利用时间窗截取离合器压力数据,借助主成分分析方法提取故障特征,通过高斯朴素贝叶斯分类器完成故障诊断。试验结果表明,该方法减少了不必要的维度和数据冗余,相较于传统机器学习方法,有更高的平均准确率和召回率,分别为97%和87%。该方法对于故障快速定位与维修、设备运行稳定性和安全性的提升等方面具有重要意义,并可为类似领域的研究提供参考。(3)针对轻型离合器控制下的液压系统,其故障发展的渐变性和故障数据的庞大性以及故障特征的隐蔽性等特点,提出了一种基于改进回声状态网络的故障分类模型。该模型利用回声状态网络的储备池结构,使得时间序列产生丰富的回声状态特征。使用多尺度卷积来取代回声网络中的线性回归算法,克服了简单线性回归算法对高维特征解码能力不足的问题。与此同时,模型引入注意力机制,可提高其对敏感时间段的注意。试验结果表明,本文所提出的改进网络Attention＿Conv ESN的故障诊断率可达到96.98%。本方法不仅有效的提高了故障诊断的准确率,而且大幅减少了训练参数,提高了模型运算速度,具有更优的故障诊断性能。(4)为了进一步实现可视化分析和精准管控,本文基于实际需求设计并开发了液压机械无级变速箱的工况监测系统。该系统具有数据可视化展示、故障智能诊断、监测设备管理等功能,能够实现工况数据的在线实时存储、展示和报警处理。本研究所开发的监测系统具有交互性好、实时性强、可靠性高等特点,可以为装备了液压机械无级变速箱的拖拉机提供一种高效的、智能化的监管系统,大大提高了工作效率和管理水平,对于提升设备的稳定性、可靠性和安全性具有重要意义。

关键词： 运架一体机   昆仑-Ⅱ号架桥机   前后车同步  

摘要： 介绍昆仑-Ⅱ号架桥机（TJ-YT1000/40B型运架一体机）的结构组成，并基于其作业功能进行液压系统的设计。该机液压系统根据整机驱动特点分为前车驱动和后车驱动两部分，为达到前后两车各自驱动的目的，并使前后车铰接处所受水平力最小，对驱动参数及对应的液压闭式系统参数进行计算，建立电控模型，利用电控系统的自动纠正功能，实现前后车的压力同步。同时，为提高架梁的效率，提升辅助支腿的升降速度，对相应的控制阀组进行创新设计。所设计的液压系统已在昆仑-Ⅱ号架桥机上得到成功应用。

关键词： 风电机组   液压系统   功率追踪   功率平滑   反馈线性化  

摘要： 随着风电技术快速发展,风力发电在电力资源中占比逐年增加,风电渗透率逐步提高,风能随机波动特性及其对电网带来的影响愈发需要重视。储能式液压型风电机组输出相乘非线性、系统参数时变性对最佳功率追踪过程的平稳输出产生不利影响,进而影响机组输出电网功率稳定性。针对储能式液压型风电机组功率输出稳定性问题,进行了时变风速下最佳功率追踪以及功率平稳输出优化控制研究。通过分析储能式液压型风电机组工作原理,建立机组模型,得出系统并网过程的状态空间方程,为风力发电最佳功率追踪以及液压功率传输系统与储能系统联合功率平滑控制奠定基础。针对时变风速下储能式液压型风电机组最佳功率追踪控制进行研究。通过分析风力机吸收风能的影响因素,以定量泵输出功率为控制输出,以变量马达内部执行机构控制电压为输入,基于反馈线性化与积分补偿相结合的方法解决系统存在的相乘非线性和参数时变的问题,实现机组最佳功率追踪,通过模型仿真验证所提策略的可行性。针对液压参数时变和最佳功率追踪过程带来的功率波动,在液压功率传输系统基础上加入液压储能系统,建立储能系统吸放功率状态空间方程,对储能系统特性进行分析,以变量泵/马达功率为输出,以变量泵/马达内部变量机构控制电压为控制输入,基于反馈线性化与积分补偿相结合的方法,建立了储能式液压型风电机组整机功率平滑控制器,通过仿真分析验证了所提控制策略的有效性。最后,搭建了30k VA储能式液压风电机组半物理仿真试验平台,对所提出的控制策略控制效果进行实验分析,进一步验证了所提出控制策略的有效性。

关键词： 泵控系统   节能   电动化   装机功率   液压挖掘机  

摘要： 液压挖掘机是一种典型的工程作业设备,通常采用内燃机驱动液压泵作为集中式动力源,并由多路阀作为控制元件为各执行器分配动力。由于作业环境复杂恶劣,负载变化范围大,发动机长期工作在低效率区间,油耗高,排放差;经多路阀分配动力会造成严重的节流损失,导致挖掘机整机效率仅为20%左右。随着石油资源日渐枯竭,能源价格持续上涨和“十四五”规划提出的要加快推动绿色低碳发展,如何实现液压液压挖掘机的节能和提效是一项重大挑战。混合动力技术的发展虽然在一定程度上改善了挖掘机的能耗特性,但柴油发动机的自身限制使其效率始终无法突破40%,因此液压挖掘机的电动化是实现绿色、低碳、高效发展的必然趋势。目前工程机械电动化主要受电池价格和体积的制约,因此必须开发更高能效的电液控制系统,通过延长单位电能的整机工作时长,才能有效减小所需电池的容量和成本。针对上述问题,本文提出一种新的挖掘机布局,以伺服电机驱动定量泵组成分布式动力源,直接控制执行机构的运行速度,并由集中动力源提供大部分负载功率,提升系统能效的同时能够大幅降低液压挖掘机整机装机功率。本文对新系统的运行特性和能耗特性进行研究,具体研究内容如下:首先分析了不同电液动力源构型特性,确定采用伺服电机驱动定量泵作为主要动力源,提出分布式泵控制液压系统作为液压回路。建立永磁同步电机数学模型和伺服电机调速系统,建立布式泵控制液压系统数学模型,并分析了系统四象限运行工况,为后续仿真模型搭建和分析提供理论指导。然后在Simulation X多学科联合仿真软件中建立挖掘机多体动力学模型,并根据前文分析建立永磁同步伺服电机调速系统数学模型,验证模型准确性,根据分布式泵控液压系统原理建立挖掘机液压系统仿真模型,并构建分布式泵控制挖掘机联合仿真模型。最后根据挖掘机实际运行需求,确定研究挖掘机分布式泵控液压系统运行特性的工作工况。对挖掘机执行器单动作,复合动作,整机挖掘循环进行仿真分析,与进出口独立控制的液压挖掘机进行能耗对比,并研究了两种不同构型的挖掘机分布式泵控液压系统在整机挖掘下的优缺点。结果表明采用分布式泵控液压系统的挖掘机在设定工况下各执行器运行平稳,没有明显冲击且执行器间没有干涉,具备良好的运行特性。与进出口独立控制的液压挖掘机相比,最高可节能35.5%,装机功率最大可降低36.4%。本文所研究结构的挖掘机分布式泵控液压系统在改善系统装机功率方面有较大优势,相比并联式结构降低装机功率19.2%。