起重机卷扬系统能量流动分析及势能回收系统实验

引用本文

贺继林, 陈毅龙, 吴钪, 赵喻明, 汪志杰, 陈志伟. 起重机卷扬系统能量流动分析及势能回收系统实验[J].吉林大学学报（工学版）, 2018,48(4): 1106-1113
HE Ji-lin, CHEN Yi-long, WU Kang, ZHAO Yu-ming, WANG Zhi-jie, CHEN Zhi-wei. Energy flow analysis of crane hoisting system and experiment of potential energy recovery system[J]. Journal of Jilin University Engineering and Technology Edition, 2018,48(4): 1106-1113 复制到剪切板

Doi:10.13229/j.cnki.jdxbgxb20170539
Permissions

起重机卷扬系统能量流动分析及势能回收系统实验

贺继林^1,², 陈毅龙^1,², 吴钪³, 赵喻明^1,^2,³, 汪志杰³, 陈志伟^1,²

1.中南大学机电工程学院,长沙 410083

2.中南大学高性能复杂制造国家重点实验室,长沙 410083

3.山河智能装备股份有限公司,长沙 410100

作者简介:贺继林(1975-),男,副教授,博士生导师.研究方向:智能化工程装备制造和复合材料.E-mail:hejilin@csu.edu.cn

基金:国家科技支撑计划项目(2014BAA04B01).

摘要

卷扬系统的工作能耗占起重机整机工作能耗的37%,在卷扬下放过程中存在较大的势能损耗,针对此部分能量损耗,本文提出了卷扬势能回收和再利用系统方案。通过分析现有卷扬下降过程中的能耗损失机理,提出了一种基于卷扬-马达-同步电机机械连接的能量回收系统,建立了系统数学模型,并给出节能系统势能回收率的计算公式,分析了系统的动力耦合特性和影响能量回收率的因素(负载质量和电机功率)。最后,以某型25 t越野轮胎起重机作为研究对象,搭建实验平台对势能回收率进行研究。实验结果表明,系统势能回收率约为45%~65%。

关键词: 机械设计; 越野轮胎起重机; 卷扬系统; 能量回收; 混合动力

中图分类号:TH213 文献标志码:A 文章编号:1671-5497(2018)04-1106-08

Energy flow analysis of crane hoisting system and experiment of potential energy recovery system

HE Ji-lin^1,², CHEN Yi-long^1,², WU Kang³, ZHAO Yu-ming^1,^2,³, WANG Zhi-jie³, CHEN Zhi-wei^1,²

1.College of Mechanical and Electrical Engineering, Central South University, Changsha 410083, China

2.Key State Laboratory of High Performance Complex Manufacturing, Central South University, Changsha 410083, China

3.Sunward Intelligent Equipment Co., Ltd., Changsha 410100, China

Abstract

The winch system is one of the main components of crane hoisting device, which accounts for 37% of the total energy consumption of the whole machine with lot of potential energy loss during work. This paper studies the potential energy recovery and reuse of the winch system. First, the energy loss mechanism in the process of winding down is analyzed. On this basis, an energy recovery system is proposed. Second, the mathematical model of the recovery system is established, and the calculation formula of the energy recovery rate is derived. Finally, taking certain type of 25t off-road tire crane as the research object, an experimental platform is set up. The experiment results validate the rationality and feasibility of the proposed energy recovery system that the recovery rate of the potential energy is about 45% ~ 65%.

Keyword: mechanical design; off-road tire crane; hoist system; energy regeneration; hybrid power

文章图片

0 引言

近年来随着能源消耗的加快, 使得燃油成本快速上升。并且随着全球变暖, 各国对大型工程机械的节能减排提出了新的要求^{[1, 2, 3]}。工程机械在作业过程中由于工作负载的周期性变化, 存在重新利用和回收能量的空间^[4]。

根据能量回收方式可将系统分为液压式和电气式2种。阿尔托大学的Minav等^{[5, 6]} 以叉车为实验平台, 从节油率和使用性能两方面, 对液压式和电气式系统的能量回收方案进行了对比研究。结果表明, 虽然在节油率方面液压式优于电气式, 但由于液压式受负载范围的限制, 使电气式的综合效果更好。Lin等^[7]分别将液压式和电气式应用在挖掘机动臂的势能回收方面, 结果表明, 液压式对动臂的速度控制优于电气式; 中南大学的龚俊等^{[8, 9]}将叉车的势能通过电机储存在超级电容中, 并进行了实验研究, 可实现20.8%的综合节能效果; 韩国蔚山大学的Yu等^[10]对液压变速器回收挖掘机动臂势能进行了仿真分析, 相比传统的蓄能器回收, 尚需实验验证; 林天良等^[11]考虑到液压式回收的动态平稳性和电气式回收系统的经济性, 将液压和电气回收的优点结合起来, 应用在挖掘机动臂势能回收上。结果表明, 相比传统液压式回收方式, 新系统在提高节油率的同时, 可减小发电机装机容量65%。

根据系统结构可将系统分为串联式、并联式和混联式。首尔大学Kwon等^[12]对挖掘机节能系统的串联、并联和混合联结系统进行了对比研究, 结果表明混联式比其他两种联结系统反馈时间短, 具有较大优势。浙江大学的Wang等^[13]对永磁同步电机(PMSM)进行了参数优化, 提高了串联系统的节油率。

挖掘机和叉车的势能回收为卷扬系统的节能技术研究提供了新思路, 中南大学的戴鹏^[14]提出了采用蓄能器作为储能元件的混合动力系统。同济大学的吴嘉斌等^[15]提出一种卷扬二次调节系统, 该系统利用蓄能器回收下放时卷扬释放的重力势能。

以上研究表明, 对于在启动、制动过程中会消耗许多惯性能的摇摆机械, 如挖掘机动臂等, 采用液压蓄能器式的回收方式可以快速释放能量, 回收效果较好; 而对于一些存在位能变化的系统, 由于蓄能器储能的容量限制, 可以考虑利用电气式回收能量。本文研究的起重机卷扬系统, 由于其作业过程中需频繁地将几吨到几十吨的货物提升和下降, 上升下降的垂直距离都在10 m以上, 与摆臂机械相比, 卷扬势能变化频率较低而持续时间较长。采用蓄能器式很难持续回收和释放能量; 而电气式通过将势能转化为电能, 相比液压能, 可长时间地输出能量, 因此采用电气式回收方式。在系统结构方面, 混联式虽然在节能效果上较好, 但需要增加过多的元件, 成本和复杂程度会增大, 因此本文采用并联式结构。

1 卷扬制动机制及能量流动分析

卷扬下降过程是能量输入和重力势能转化为其他能量的重要过程, 是能量损耗的主要阶段, 因此分析该过程的能耗对卷扬势能回收具有重要意义。对于从时间 $t_{0}$ 到 $t_{1}$ 的一个工作过程中, 液压系统的能耗可以通过以下公式计算:

$E = \int_{t_{0}}^{t_{1}} P Q d t$ (1)

式中: $P 为系统输入压力; Q$ 为系统输入流量, L/min。

由式(1)可知, 系统消耗的能量与系统压力及流量相关。因此, 本文将通过对系统的流量、压力分析来解析卷扬制动机理。

1.1 流量分析

对于不同孔口的阀口流量, 可以通过以下公式计算:

$Q = K_{L} A {(Δ P)}^{m}$ (2)

式中: $K_{L}$ 为节流系数, 一般视为常数; $A$ 为孔口或缝隙的过流面积; $Δ P$ 为孔口或缝隙的前、后压力差; $m$ 为指数, $0.5 \leq m \leq 1 。$

由卷扬系统可知, 下降过程中泵的出口流量分为两部分:一部分流向马达和平衡阀主体, 用于对下落的载荷制动; 另一部分流向平衡阀附体, 用于开启平衡阀, 如图1所示。

	Figure Option View Download New Window
	图1 平衡阀原理简图Fig.1 Schematic diagram of balance valve

由平衡阀结构可知, 主体部分和附体部分阻尼孔个数之比为1:3, 根据流体连续性方程可知, 通过平衡阀主体流量 $Q_{p}$ 和附体部分流量 $Q'_{p}$ 之间满足:

$Q_{p}=\sqrt{3}Q_{p}^{'}$(3)

1.2 压力分析

由式(2)得出, 平衡阀阻尼孔进、出口压力差Δ P_p为:

$Δ P_{p} = {(\frac{Q_{p}}{K_{L} A})}^{2}$ (4)

当换向阀在右位时, 卷扬下降。马达出口压力等于平衡阀进口压力, 可得马达出口压力 $P_{A}$ 为:

$P_{A} = Δ P_{p} + P_{0}$ (5)

式中: $P_{0}$ 为平衡阀回油箱时, 开启单向阀产生的背压。

马达进出口压力差为:

$Δ P_{m} = P_{B} - P_{A}$ (6)

式中: $P_{B}$ 为下降时马达进油口压力。

1.3 能耗分析

通过流量、压力分析可知:卷扬下放过程中的重力势能由以下两部分构成:

由式(1)(6)得到马达制动消耗的能量 $E_{Q_{m}}$ 为:

$E_{Q_{m}} = \int_{t_{0}}^{t_{1}} Q_{p} Δ P_{m} dt$ (7)

由式(1)(2)得到平衡阀制动能量为:

$E_{Q_{p}} = \int_{t_{0}}^{t_{1}} Q_{p} Δ P_{p} dt$ (8)

在下降过程中, 重物的势能变化量为 $E_{G} = mgH, m 为重物质量; H$ 为重物举升高度。这部分势能通过马达和平衡阀消耗掉了, 如图2所示。因此, 重力势能的变化量应该满足:

$E_{G} = E_{Q_{p}} + E_{Q_{m}}$ (9)

	Figure Option View Download New Window
	图2 卷扬下降过程能量流动图Fig.2 Energy flow diagram of winding down process

综上所述, 由系统能量流动可知, 要想回收重物下放时的势能, 其本质是回收下落时为了控制下落速度, 由马达和平衡阀所产生的制动能量。

1.4 下降能耗实验验证

重力势能与负载质量和高度有关, 因此通过改变负载质量和高度测试卷扬下放过程的势能量流动。选择典型工况进行测试, 具体实验工况如表1所示。选取下降时平衡阀的出油口A和马达进油口B作为压力测试点, 分别记作 $P_{A}$ 和 $P_{B} 。 P_{A}$ 与 $P_{B}$ 的差值, 记作 $Δ P 。$ 改变负载质量和高度、马达进出口压力差, 测试结果如图3和4所示。马达流量测试结果如图5所示, 马达转速如图6所示。

表1 卷扬下降工况 Table 1 Winding down condition

	Figure Option View Download New Window
	图3 工况1与2压力曲线Fig.3 Pressure curves for cases 1 and 2

	Figure Option View Download New Window
	图4 工况2与3压力曲线Fig.4 Pressure curves for cases 2 and 3

	Figure Option View Download New Window
	图5 马达流量测试结果Fig.5 Test results of hydraulic motor flow

	Figure Option View Download New Window
	图6 马达转速测试结果Fig.6 Test results of motor speed

根据式(7)~(9), 计算3种工况下马达制动消耗的能量 $E_{Q_{m}}$ 与平衡阀制动能量 $E_{Q_{p}},$ 结果如表2所示。

表2 势能流动测试结果 Table 2 Test results of gravitational potential energy flow

项目	工况1	工况2	工况3
马达制动能 $E_{Q_{m}}$ /kJ	244.5	211.0	333.2
平衡阀制动 $E_{Q_{p}}$ /kJ	174.9	146.9	234.2
重力势能 $E_{Q}$ /kJ	411.6	323.4	539.0
$E_{Q_{m}} \cdot {E_{G}}^{- 1}$ /%	59.4	65.2	61.8
$E_{Q_{p}} \cdot {E_{G}}^{- 1}$ /%	42.5	45.5	43.5

表2 势能流动测试结果 Table 2 Test results of gravitational potential energy flow

取3个工况下的数据平均值, 可得卷扬下放时, 马达制动与平衡阀制动约分别占重力势能的62.1%和43.8%。

2 起重机卷扬制动能量回收系统

基于第1节对重力势能流动的分析可知, 卷扬下放时的重力势能主要被平衡阀和马达的制动消耗掉了。因此, 可以通过将卷扬系统制动时消耗的能量回收, 达到对重力势能的回收和利用。

本文提出一种将液压制动能量回收的双减速机卷扬装置, 系统原理图如图7所示, 实物图如图8所示。整个系统由5部分组成, ①变量马达机构, 它是整个系统的执行机构; ②平衡阀组, 实现马达的制动和解锁, 是系统的保护装置; ③多路阀组, 实现马达的换向; ④定量泵, 为系统提供动力; ⑤永磁同步电机系统, 是系统的能量回收装置。

	Figure Option View Download New Window
	图7 卷扬制动能量回收系统原理简图Fig.7 Schematic diagram of energy recovery system

	Figure Option View Download New Window
	图8 节能系统实物Fig.8 Energy saving system object

节能系统采用双卷扬减速机将能量回收装置(永磁同步电机)与执行装置(液压马达)并联起来。在卷扬下放时, 通过回收装置与执行装置共同为系统制动。系统的势能回收过程如下:当负载下降时, 先导油液缓慢解锁液压马达, 进油口压力达到平衡阀设定压力后, 顶开平衡阀口。此时的卷扬马达输出转矩小于负载转矩, 负载质量由静止开始加速运动, 随着卷扬系统工作到稳定状态, 与此同时永磁同步电机被马达和重物同时带动, 电机进入发电状态。发出的电能经过变频器存储在锂电池中, 在负载下降到所需高度时, 先导关闭信号送到电磁换向阀, 使其切换到中位, 马达进口压力下降, 平衡阀切换到单向阀, 使得马达出口被切断, 同时马达制动油缸快速泄压, 抱紧马达, 此时马达输出转矩大于负载转矩, 发电机退出, 直到速度下降为零。

3 节能系统建模

由第二节分析可知, 同步电机与负载通过双卷扬减速机耦合在一起。因此, 可将电机与负载等效为一个外负载, 将整个卷扬-马达-电机系统简化为一个四通阀控液压马达机构, 如图9所示。

	Figure Option View Download New Window
	图9 阀控液压马达原理图Fig.9 Hydraulic motor principle

假设滑阀是零开口的, 所有的管道短而粗, 管道中的摩擦损失、流体质量影响和管道影响都可忽略。马达每个腔内各处压力都相等, 油温和体积弹性模量为常数。马达内、外泄漏流动为层流流动。对马达进行分析, 可得3个基本方程的拉普拉斯变换式。

$\begin{array}{l} Q_{L} = K_{q} X_{v} - K_{c} P_{L} (10) \\ Q_{L} = D_{m} S θ_{m} + (c_{t m} + \frac{V_{m}}{4 β_{e}} S) P_{L} \end{array}$ (11)

$T_{s} = \frac{D_{m} P_{L}}{2 π} = (J S^{2} + B_{m} S + G) θ_{m} + T_{L} + T_{D}$ (12)

式中: $K_{q}$ 为滑阀流量增益; $K_{c}$ 为滑阀流量-压力系数; $X_{v}$ 为阀芯位移, m; $θ_{m}$ 为液压马达轴的转角, rad; $D_{m}$ 为液压马达的理论排量, m³/r; $c_{t m} = c_{i m} + \frac{1}{2} c_{em}$ 为液压马达的总泄漏系数, (m³/s)· Pa, $c_{i m}$ 为液压马达的内部和旁路泄漏系数, $c_{em}$ 为液压马达外部泄漏系数; $V_{m}$ 为阀腔马达腔和连接管道的总容积, m³; $T_{s}$ 为液压马达产生的理论扭矩, N· m; $J$ 为液压马达和负载(折算到马达轴上)的总转动惯量, kg· m²; $B_{m}$ 为负载和液压马达的黏性阻尼系数; $G$ 为负载的扭转弹簧刚度, N· m/rad; $T_{L}$ 为作用于马达轴上的任意外负载力矩, N· m; $T_{D}$ 为电机的输入力矩, N· m。

4 势能回收率的计算

定义势能回收率为:通过执行机构回收的重力势能与整个系统可回收的重力势能之比。

在计算势能回收率之前, 首先对节能模式下卷扬下降时马达轴的受力进行分析。

规定从右向左看, 力矩沿顺时针为正方向。将电机和负载的力矩等效折算到马达轴上、卷扬-马达-电机系统如图7所示。在匀速阶段, 液压马达产生的理论扭矩 $T_{m}$ 满足:

$T_{g} - T_{m} - T_{w} = 0$ (13)

各分量表达式为:

$T_{m} = \frac{Δ P_{m} V}{2 π} η_{m}$ (14)

$T_{w} = \frac{mgR}{a i_{1}} η_{c} η_{z}$ (15)

$T_{g} = \frac{9549 P_{g}}{n η_{g}}$ (16)

$η_{z} = \frac{1 - η^{a}}{a (1 - η)}$ (18)

式中: $V$ 为马达排量, mL/r ; $a$ 为滑轮组倍率; $n$ 为电机转速, r/min; $i_{1}$ 为齿轮减速机减速比; $U_{N}$ 为发电机转子线电压, V; $I_{N}$ 为发电机转子线电流, A; $φ_{N}$ 为发电机功率因数角; $η_{g}$ 为发电机的机械效率; $η_{m}$ 为马达的机械效率; $η_{z}$ 为滑轮组的机械效率; $η$ 为单个滑轮的机械效率; $η_{c}$ 为齿轮减速机的机械效率; $η_{N}$ 为发电机发电效率。

由式(13)可知, 马达的力矩方向由负载力矩和发电机发电力矩共同决定。当 $T_{g} > T_{w}$ 时, 回收的电能一部分来自负载势能的变化, 另一部分来自马达做的功, 在计算势能回收率时应该把由于马达做功转化的电能减去。当 $T_{g} < T_{w}$ 时, 此时回收的电能全部来自重力势能的转化。

由上述分析可得, 势能回收率为:

$η_{G} = \{\begin{array}{l} \frac{E_{g} - E_{m}}{E_{G}}, T_{g} \geq T_{w} \\ \frac{E_{g}}{E_{G}}, T_{g} < T_{w} \end{array}$ (19)

各分量表达式为:

$E_{G} = mgH$ (20)

$E_{m} = Δ P_{m} Q_{m} t$ (21)

$E_{g} = P_{g} t$ (22)

式中: $t$ 为卷扬下降的时间, s; $g$ 为重力加速度, 9.8 m/s²; $Q_{m}$ 为匀速时马达流量, L/min; $E_{m}$ 为马达做的功, kJ; $E_{g}$ 为发电机输出的电能, kJ。

对影响势能回收率的因素进行分析有助于提高能量回收效果。由式(19)可知, 势能回收率受到同步电机的发电功率和负载质量共同决定, 下面通过控制变量, 对这两个因素进行研究。

当负载一定, 改变发电功率时, 如图10所示。势能回收率随着电机发电功率的增大而增大, 但是当 $T_{g} > T_{w}$ 以后, 马达做正功, 回收的电能一部分来自马达, 因此势能回收率的增长速率会减小。在载荷较低的情况下, 一味地通过增加发电机功率来提高势能回收率是不经济的。

	Figure Option View Download New Window
	图10 势能回收率(改变发电功率)Fig.10 Potential energy recovery (changing generator power)

当发电功率一定, 改变负载质量时, 如图11所示。势能回收率随着负载质量的增加, 先增大后减小。由式(19)可知, 拐点出现在 $T_{g} = T_{w} 。$ 最佳势能回收率确定在拐点附近。从图10和11可知, 势能回收率为45%~65%时较为经济。

	Figure Option View Download New Window
	图11 势能回收率(改变负载)Fig.11 Potential energy recovery (changing load quality)

5 实验验证

为了验证第2节提出的势能回收方案与第4节有关势能回收率的结论, 选择3种典型工况(见表3), 对马达进出口压力和流量进行了测试, 测试原理如图12(a)所示, 具体实物如图12(b)所示。

表3 势能测试工况 Table 3 Winding down condition

	Figure Option View Download New Window
	图12 实验测试Fig.12 Experimental test

由第4节的分析可知, 影响势能回收的主要因素是发电机发电功率和负载质量。实验通过固定电机发电功率, 改变负载质量, 分别进行了马达进口压力和流量的测试。规定节能模式与普通模式下马达B口压力之差为 $Δ P_{B} 。$

当负载作用在马达轴上的扭矩等于发电机发电转矩时, $Δ P_{B}$ 约等于零, 如图13(a)所示。说明回收的电能全部来自负载重力势能。此时, 势能回收率最大。根据式(19)和实验数据计算可得势能回收率为62%。

	Figure Option View Download New Window
	图13 不同工况下马达B口压力Fig.13 Pressures of motor B under different working conditions

当负载作用在马达轴上的扭矩大于发电机发电转矩时, $Δ P_{B}$ 为负, 马达做负功, 负载的制动由电机和马达共同承担。此时, 势能回收率下降不大, 约为50%。马达B口压力测试结果如图13(b)所示。

当负载作用在马达轴上的扭矩小于发电机发电转矩时, $Δ P_{B}$ 为正, 马达做正功, 回收的电能一部分来自势能, 另一部分来自马达制动。此时, 势能回收率会显著下降, 根据式(19), 计算的势能回收率约为40%。马达B口压力测试结果如图13(c)所示。

6 结束语

在分析混合动力系统在其他工程机械应用的基础上, 结合起重机卷扬系统工作原理和具体工况, 提出了一种利用卷扬马达与同步电机机械联结的势能回收系统结构, 分析了能量损失机理, 对势能能量回收系统进行建模和仿真并进行了势能回收效果实验验证, 结果表明卷扬下降势能回收率为45%~65%时较为经济, 本文研究成果为势能利用提供了理论与实验基础。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献

文献列表

[1]	Cheng Tsung-chieh, Cheng Chin-hsiang, Zhu Zin-huang. Development of an energy saving module via combination of solar cells and thermoelectric coolers for green building applications[J]. Energy, 2011, 36(1): 133-140. [本文引用:1]
[2]	Klemeš J J, Varbanov P S, Pierucci S. Process integration for energy and water saving, increasing efficiency and reducing environmental impact[J]. Applied Thermal Engineering, 2010, 30(16): 2265-2269. [本文引用:1]
[3]	Matsuda Kazuo, Tanaka Shigeki, Endou Masaru, et al. Energy saving study on a large steel plant by total site based pinch technology[J]. Applied Thermal Engineering, 2012, 43: 14-19. [本文引用:1]
[4]	Lin T L, Wang Q F, Hu B, et al. Development of hybrid powered hydraulic construction machinery[J]. Automation in Construction, 2010, 19(1): 11-19. [本文引用:1]
[5]	Minav T, Immonen P, Laurila L, et al. Electric Energy recovery system for a hydraulic fork-lift theoretical and experimental evaluation[J]. IEEE Electric Power Applications, 2010, 25(4): 377-385. [本文引用:1]
[6]	Minav T, Hanninen H, Sinkonen A, et al. Energy recovery systems in a reach truck—a comparison[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2014, 60(40): 232-240. [本文引用:1]
[7]	Lin T L, Wang Q F, Hu B, et al. Research on the energy regeneration systems for hybrid hydraulic excavators[J]. Automation in Construction, 2010, 19(8): 1016-1026. [本文引用:1]
[8]	Gong Jun, He Qing-hua, Zhang Da-qing, et al. Control strategy for energy recovery system in hybrid forklift[J]. Journal of Central South University, 2014, 21(8): 3119-3125. [本文引用:1]
[9]	龚俊, 何清华, 张大庆, 等. 混合动力叉车节能效果评价及能量回收系统实验[J]. 吉林大学学报: 工学版, 2014, 44(1): 29-34. Gong Jun, He Qing-hua, Zhang Da-qing, et al. Evaluation of energy saving effect of hybrid forklift and test of energy saving system[J]. Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition), 2014, 44(1): 29-34. [本文引用:1]
[10]	Yu Ying-xiao, Kwan Ahn-kyoung. Study on energy regeneration of hybrid hydraulic excavator using hydraulic transformer[J]. International Conference on Control, Automation and Systems, 2016, 16(19): 173-177. [本文引用:1]
[11]	Lin T L, Huang W P, Ren H L, et al. New compound energy regeneration system and control strategy for hybrid hydraulic excavators[J]. Automation in Construction, 2016, 68: 11-20. [本文引用:1]
[12]	Kwon Tae-suk, Lee Seon-woo, Sul Seung-ki, et al. Power control algorithm for hybrid excavator with supercapacitor[J]. Transactions on Industry Applications, 2010, 46(4): 1447-1455. [本文引用:1]
[13]	Wang Tao, Wang Qing-feng. Optimization design of a permanent magnet synchronous generator for a potential energy recovery system[J]. IEEE Transactions on Conversion, 2012, 27(4): 856-863. [本文引用:1]
[14]	戴鹏. 旋挖钻机主卷扬系统节能技术研究[D]. 长沙: 中南大学机电工程学院, 2013. Dai Peng. Research on energy saving technology of rotary drill rig main hoist system[D]. Changsha: College of Mechanical and Electrical Engineering, Central South University, 2013. [本文引用:1]
[15]	吴嘉斌, 乌建中, 张大兵, 等. 基于二次调节技术的旋挖钻机节能研究[J]. 流体传动与控制, 2012(1): 22-25. Wu Jia-bin, Wu Jian-zhong, Zhang Da-bin, et al. Study of energy-saving of rotary drill rig based on hydraulic secondary control[J]. Fluid Power Transmission and Control, 2012(1): 22-25. [本文引用:1]

2011

0.0

... 并且随着全球变暖,各国对大型工程机械的节能减排提出了新的要求^[1,2,3] ...

2010

0.0

... 并且随着全球变暖,各国对大型工程机械的节能减排提出了新的要求^[1,2,3] ...

2012

0.0

... 并且随着全球变暖,各国对大型工程机械的节能减排提出了新的要求^[1,2,3] ...

2010

0.0

... 工程机械在作业过程中由于工作负载的周期性变化,存在重新利用和回收能量的空间^[4] ...

2010

0.0

... 阿尔托大学的Minav等^[5,6] 以叉车为实验平台,从节油率和使用性能两方面,对液压式和电气式系统的能量回收方案进行了对比研究 ...

2014

0.0

... 阿尔托大学的Minav等^[5,6] 以叉车为实验平台,从节油率和使用性能两方面,对液压式和电气式系统的能量回收方案进行了对比研究 ...

2010

0.0

... Lin等^[7]分别将液压式和电气式应用在挖掘机动臂的势能回收方面,结果表明,液压式对动臂的速度控制优于电气式 ...

2014

0.0

... 中南大学的龚俊等^[8,9]将叉车的势能通过电机储存在超级电容中,并进行了实验研究,可实现20 ...

2014

0.0

. 2014, 44(1):29-34

Evaluation of energy saving effect of hybrid forklift and test of energy saving system

混合动力叉车节能效果评价及能量回收系统实验

Gong Jun , He Qing-hua , Zhang Da-qing

龚俊, 何清华, 张大庆

... 中南大学的龚俊等^[8,9]将叉车的势能通过电机储存在超级电容中,并进行了实验研究,可实现20 ...

2016

0.0

... 韩国蔚山大学的Yu等^[10]对液压变速器回收挖掘机动臂势能进行了仿真分析,相比传统的蓄能器回收,尚需实验验证 ...

2016

0.0

... 林天良等^[11]考虑到液压式回收的动态平稳性和电气式回收系统的经济性,将液压和电气回收的优点结合起来,应用在挖掘机动臂势能回收上 ...

2010

0.0

... 首尔大学Kwon等^[12]对挖掘机节能系统的串联、并联和混合联结系统进行了对比研究,结果表明混联式比其他两种联结系统反馈时间短,具有较大优势 ...

2012

0.0

... 浙江大学的Wang等^[13]对永磁同步电机(PMSM)进行了参数优化,提高了串联系统的节油率 ...

2013

0.0

. 2013, :-

Research on energy saving technology of rotary drill rig main hoist system

旋挖钻机主卷扬系统节能技术研究

Dai Peng

戴鹏

旋挖钻机是用于桩基础工程中成孔作业的机电液一体化大型机械装备，其主卷扬上提和下放过程中存在大量的能量损失。本文针对减少旋挖钻机主卷扬液压系统压力损失及势能回收利用，从方案设计、控制方法、参数匹配等方面开展研究。本文主要工作内容有:　　(1)进行大量测试分析，得出旋挖钻机主卷扬能量损失主要有:液压系统压力能损失和钻杆重力势能损失。　　(2)根据粘性流体压力损失机理和主卷扬系统工作原理，提出减少主卷扬系统压力损失的优化方案。根据能量守恒定律建立主卷扬下放负载数学模型，得出下放势能随位移变化规律，并提出能量回收总体目标...

... 挖掘机和叉车的势能回收为卷扬系统的节能技术研究提供了新思路,中南大学的戴鹏^[14]提出了采用蓄能器作为储能元件的混合动力系统 ...

2012

0.0

. 2012, (1):22-25 DOI:doi:10.3969/j.issn.1672-8904.2012.01.006

Study of energy-saving of rotary drill rig based on hydraulic secondary control

基于二次调节技术的旋挖钻机节能研究

Wu Jia-bin , Wu Jian-zhong , Zhang Da-bin

吴嘉斌, 乌建中, 张大兵

摘　要：旋挖钻机钻杆升降系统作业频繁且能耗高，其卷扬系统一般采用带平衡阀的液压马达驱动，钻杆下降时在平衡阀的节流作用下钻杆大部分的重力势能转化为液压油的热能，为此，提出了利用带二次调节的泵／马达配合蓄能器进行钻杆下放的能量回收，同时在提升钻杆时从蓄能器释放能量的二次调节系统。建立了二次调节系统模型，采用基于主轴转速反馈的PID控制算法，对系统的动态性能进行了仿真，并且建立了蓄能器能量回收数学模型，根据仿真的数据获得了蓄能器的能量回收率和释放率。研究表明，闭环控制系统响应迅速，运行稳定。

... 同济大学的吴嘉斌等^[15]提出一种卷扬二次调节系统,该系统利用蓄能器回收下放时卷扬释放的重力势能 ...