液壓起重機(jī)能量回收系統(tǒng)

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1、課程名稱：專業(yè)英語(yǔ)學(xué)院：機(jī)械工程專業(yè)：機(jī)械電子工程班級(jí)：機(jī)研1006學(xué)號(hào)：2010020893學(xué)生姓名：訾建平指導(dǎo)老師：何鋒2011年6月28日8液壓起重機(jī)的能量回收系統(tǒng)摘要：這篇文章介紹了一種液壓起重機(jī)的能量回收系統(tǒng)。用蓄能器的輔助系統(tǒng)來(lái)使實(shí)例起重機(jī)與電動(dòng)液的負(fù)載傳感(ELS)系統(tǒng)相結(jié)合，并對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試。本文對(duì)能量傳遞的流體靜力學(xué)分析是基于實(shí)驗(yàn)的過(guò)程和假定的典型的工作周期。實(shí)驗(yàn)和理論結(jié)果表明,輔助系統(tǒng)與起重機(jī)ELS系統(tǒng)的結(jié)合應(yīng)用，可以回收和重新利用能量、節(jié)約泵的能量供應(yīng)、改進(jìn)起重機(jī)系統(tǒng)的能量利用率。實(shí)例起重機(jī)的成功設(shè)計(jì)和測(cè)試，將會(huì)為其他的起重機(jī)械提供不同的商業(yè)應(yīng)用。關(guān)鍵

2、詞：能量回收，液壓起重機(jī)，負(fù)載傳感系統(tǒng)，蓄能器符號(hào)能量?jī)?chǔ)蓄能量損失能量供應(yīng)缸的負(fù)載力關(guān)節(jié)/氣缸/閥門(mén)數(shù)目關(guān)節(jié)/氣缸數(shù)目吊起負(fù)載的質(zhì)量指數(shù)缸內(nèi)的壓力氣壓充氣壓力供應(yīng)壓力閥門(mén)電力整機(jī)功率功率供應(yīng)時(shí)間循環(huán)周期控制信號(hào)氣體體積缸的位置1.介紹提高液壓機(jī)械的效率對(duì)于企業(yè)和設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)，是一個(gè)重要的課題。隨著液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械（特別是大功率的液壓機(jī)械）的廣泛應(yīng)用，由于能量的消耗和環(huán)境立法的實(shí)施等原因，現(xiàn)在他們更多地對(duì)采取措施來(lái)節(jié)約能源方面進(jìn)行了研究。因此，許多改進(jìn)的技術(shù)，如負(fù)載傳感系統(tǒng)，被用于不同的液壓系統(tǒng)中。所有這些方法都能節(jié)約液壓泵的功率，降低液壓能量的消耗，也能帶來(lái)很好的經(jīng)濟(jì)利益。液壓起重機(jī)是

3、典型的多自由度(兩平移兩轉(zhuǎn)動(dòng)多自由度)機(jī)械臂。它們的基本功能是通過(guò)液壓驅(qū)動(dòng)來(lái)移動(dòng)或吊起一個(gè)大質(zhì)量的負(fù)載。多年來(lái),人們更多注重研究如何使液壓能量的供應(yīng)達(dá)到最小化和提高效率。但是，很少考慮到液壓起重機(jī)的能量回收和再生。本文作者向我們陳述了即使液壓挖掘機(jī)應(yīng)用了負(fù)載傳感系統(tǒng)，它的能量利用率依然不高。但是，他們預(yù)測(cè)人們對(duì)液壓起重機(jī)的能量回收會(huì)感興趣，對(duì)它的研究將會(huì)更有價(jià)值。8能量的回收和再生不是一個(gè)新課題。不同種類能量的回收所帶來(lái)的理論和實(shí)際利益已被關(guān)注。特別是最近成功地將能量存儲(chǔ)和再生系統(tǒng)用在了公交車上。一些專利也已用于城市公交車上。但是他們只關(guān)注了車輛動(dòng)能的回收和釋放。本文提出了能量的

4、回收和利用的驅(qū)動(dòng)概念，回收的能量主要來(lái)自于大負(fù)載中的勢(shì)能，而不是動(dòng)能。2.能量回收原理圖1所示是液壓起重機(jī)的能量回收和再利用的基本原理。a圖和圖b分別是主液壓回路圖和輔助液壓回路圖，輔助系統(tǒng)包括兩個(gè)輔助缸和一個(gè)蓄能器等。主系統(tǒng)是帶有可變?nèi)莘e泵的ELS系統(tǒng)。圖1主系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)工作原理如下：1.在第一個(gè)排氣沖程中，主缸驅(qū)動(dòng)兩個(gè)輔助缸，液壓油從油箱經(jīng)過(guò)單向閥到達(dá)儲(chǔ)油器。2.在接下來(lái)的吸氣沖程中，液壓油從儲(chǔ)油器進(jìn)入蓄能器。3.在第二個(gè)排氣沖程中，液壓泵提供足夠的液壓能來(lái)驅(qū)動(dòng)主缸，蓄能器將釋放儲(chǔ)存的能量來(lái)驅(qū)動(dòng)輔助缸。主缸和兩個(gè)輔助的缸分擔(dān)負(fù)載力。3.實(shí)例起重機(jī)的試驗(yàn)驅(qū)動(dòng)圖2中實(shí)例起重機(jī)的

5、關(guān)節(jié)1使用了上述的能量存儲(chǔ)理論，主缸是缸1。3.1實(shí)例起重機(jī)圖2實(shí)例液壓起重機(jī)圖2的實(shí)例起重機(jī)是羅高力裝卸設(shè)備，它有四個(gè)主要的自由度：旋轉(zhuǎn)，上升，移動(dòng)，下降。起重機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)基于單片機(jī)（68HC11，8位）的穩(wěn)定的ELS系統(tǒng)，它的整個(gè)構(gòu)造如圖1（a）所示，四個(gè)液壓機(jī)能共用一個(gè)泵。測(cè)試中選用ELS系統(tǒng)來(lái)達(dá)到良好的動(dòng)作，得到快速穩(wěn)定的響應(yīng)。通常傳統(tǒng)的LS系統(tǒng)的動(dòng)力和可控性不能滿足要求。3.2實(shí)驗(yàn)環(huán)境測(cè)試的環(huán)境包括以下幾個(gè)方面：81.如圖1（a）所示，主要的系統(tǒng)，一個(gè)ELS起重機(jī)系統(tǒng)用于驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)1。在實(shí)際的測(cè)試中，其他的關(guān)節(jié)沒(méi)有動(dòng)，缸2和折疊臂是完全縮回的。2.輔助系統(tǒng)是一個(gè)帶有囊狀蓄

6、能器、溢流閥、止回閥和防空閥等的雙缸系統(tǒng)，雙缸的結(jié)構(gòu)是基于簡(jiǎn)單地安裝和連接。3.充氣壓力有兩種情況，0或者7.5,經(jīng)過(guò)溢流閥時(shí)沒(méi)有泄露。4.給LS閥一個(gè)步進(jìn)信號(hào)來(lái)完成上升和下降的動(dòng)作。5.控制為手動(dòng)操作。3.1結(jié)果沒(méi)有輔助系統(tǒng)的起重機(jī)系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果如圖3和5所示，當(dāng)=0時(shí)，輔助系統(tǒng)除了增加摩擦力外，對(duì)關(guān)節(jié)1的動(dòng)作沒(méi)有明顯的作用。因此我們有理由把=0時(shí)的系統(tǒng)作為起重機(jī)的原始系統(tǒng)。圖4和6顯示了在=7.5時(shí)測(cè)量參數(shù)的實(shí)際變化，與原始的主要系統(tǒng)比較，當(dāng)執(zhí)行上升的動(dòng)作時(shí)，泵的壓力大大地降低。如圖3（f）、4（f）、5（f）、6（f）所示。由于輔助系統(tǒng)能量的回收和釋放，主缸的壓力降低，如圖

7、3（d）、4（d）、5（d）、6（d）所示。此外，它的動(dòng)態(tài)性能和原始系統(tǒng)一樣好。因此，在液壓起重機(jī)上利用驅(qū)動(dòng)概念存儲(chǔ)能量和改進(jìn)能量利用率是合理可行的。圖3的測(cè)量值圖4的測(cè)量值8圖5的測(cè)量值圖6的測(cè)量值3.理論評(píng)估測(cè)量結(jié)果顯示參數(shù)的實(shí)際變化過(guò)程，以下對(duì)能量轉(zhuǎn)移進(jìn)行了細(xì)致的分析：（a）測(cè)量過(guò)程中一個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)；（b）一個(gè)設(shè)定循環(huán)周期的多關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。所有的計(jì)算過(guò)程沒(méi)有考慮影響起重機(jī)系統(tǒng)能量利用率的其他因素，如泄露、摩擦、管道和軟管的損失等。3.1數(shù)學(xué)定義這里有必要引入一些定義來(lái)描述起重機(jī)