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摘 要

液压挖掘机是工程建设中的主要施工机械，液压技术作为现代挖掘机的技术基础，对其工作性能的优劣有直接影响。本文首先阐述了挖掘机液压系统的基本组成及常见的回路，着重分析了基于动臂能量回收的挖掘机液压系统。接着通过分类对比传统能量回收方式，提出了一种新型的混合动力液压挖掘机动臂能量回收系统，并对其进行了数学建模及仿真，最后对仿真结果进行分析。

主要工作如下：

1、概述挖掘机液压系统的发展及研究现状。详细分析了典型动作的液压回路，为后期新型动臂能量回收系统的提出打下理论基础。

2、在借鉴了目前已发展较为成熟的油电混合动力技术的基础上，综合考虑挖掘机自身的工况特点，运用与液压原理相关的知识，设计出一种基于液压马达-发电机单元的能量回收系统。

3、在确定了系统原理图后，进一步提出动臂下降能量回收系统的控制策略，该控制策略对工作模式的判断及工作性能的分析有重要意义。最后，对能量回收单元建模仿真并进行相应的仿真分析，利于系统的进一步优化。

关键词：液压系统 液压挖掘机 混合动力 动臂 能量回收

Hydraulic system design for hydraulic system

Abstract

Hydraulic excavator is the main construction machinery in the field of engineering construction. As hydraulic technology is the foundation of modern excavator, it has a direct impact to the working performance of the machine.The hydraulic system of arm on SY215C8M type excavator provided by SANY is regarded as the research object. The paper firstly introduces the basic composition and common loop of hydraulic excavator and emphatically discusses the analysis of hydraulic system based on energy recovery. Through comparing traditional energy recovery system, a new energy recovery system of arm on hybrid hydraulic excavator is put forward. The tentative analysis of the mathematical modeling and simulation is also carried out.

The main work is as follows:

1.The paper summarizes the development and research status of the hydraulic system of excavator. Then it detailedly introduces the hydraulic circuit of typical movements on the basis of analysis on the operation condition of hydraulic excavator, which builds a solid theoretical foundation for the energy recovery system of arm on hybrid hydraulic excavator.

2.On the basis of today’s mature hybrid technology, considering the conditions of excavators’ own characteristics, the principle of hydraulic systems is flexibly used to design a new energy recovery system based on hydraulic motor-generator unit.

3.After determining the schematic diagram of arm energy recovery system, a control strategy of arm lowering energy recovery system is further proposed. The control strategy has significant importance to determining the mode of operation and analyzing the working performance. Finally, the energy recovery unit is modling and simulated, which is beneficial to optimizing the system furtherly.

Key Words: Hydraulic System；Hydraulic Excavator；Hybrid；Boom；Energy Recycling

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1液压挖掘机概述 1

1.2液压挖掘机液压系统的研究现状 2

1.3挖掘机液压系统研究意义 6

1.4本课题研究的主要内容 6

第二章 液压挖掘机液压系统分析 7

2.1基本回路分析 7

2.1.1缓冲回路 7

2.1.2合流回路 8

2.1.3优先回路 9

2.2典型动作的液压回路分析 9

2.2.1动臂动作液压回路 10

2.2.2回转动作液压回路 11

2.2.3动臂和斗杆复合动作液压回路 12

2.2.4动臂和回转复合动作液压回路 13

2.3本章小结 14

第三章 基于能量回收的挖掘机液压系统设计 15

3.1能量回收方式分析 15

3.1.1流量再生回路 15

3.1.2机械式能量回收系统 16

3.1.3液压蓄能器回收系统 17

3.1.4电气式混合动力能量回收系统研究 18

3.2动臂能量回收的液压系统设计 21

3.2.1工况特点分析 21

3.2.2性能评价指标 21

3.2.3设计理念 22

3.2.4设计原理 23

3.3本章小结 25

第四章 新型能量回收系统的控制策略研究 26

4.1动臂工作模式判断 26

4.1.1传统动臂工作模式 26

4.1.2新型动臂工作模式 27

4.2控制策略分析 27

4.2.1能量回收系统数学建模 27

4.2.2控制系统设计 30

4.3基于能量回收单元转速的仿真 31

4.4基于动臂速度控制的仿真 33

4.5本章小结 35

第五章 总结与展望 36

5.1工作总结 36

5.2主要研究工作 36

5.3研究展望 37

参考文献 38

致 谢 40

第一章 绪论

1.1液压挖掘机概述

液压挖掘机可分为上车和下车两个部分，如图1-1所示，上车部分主要包含驾驶室、动臂、动臂油缸、斗杆、斗杆油缸、铲斗、铲斗油缸、多路阀、液压泵、主平台、配重、发动机以及液压连接管路等；下车部分主要包含履带行走机构、液压行走马达、底盘以及各类液压元器件等。挖掘机的上车部分和下车部分是通过回转支撑连接。

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