平衡挖掘机节能机理分析与研究

【摘要】：挖掘机是被广泛用于工业建设、民用建筑、交通运输、水利电力工程和矿山开采等行业的重要工程机械，在土石方施工中发挥着非常重要的作用。但传统的挖掘机在工作过程中，除了存在能量不能被充分利用外，还易引起液压系统的发热，影响挖掘机的整机稳定性和工作性能，而平衡挖掘机可以很好地解决能量利用和系统发热问题。为此，对其节能的分析和研究很有必要。 本文针对传统挖掘机的节能问题，首先对挖掘机在工作过程中的各种能量损失进行分析，得到了挖掘机的机械能（动能和势能）的损失是引起其能量浪费的主要原因的结论；其次根据“机械设计节能基本原理”和上述机械平衡和液压平衡系统得到一种新的“液压—机械混合平衡系统”，提出平衡挖掘机的两种设计方案。两种设计方案的主要特征是将挖掘机的固定配重设计为活动配重，通过活动配重油缸与动臂油缸或斗杆油缸组成“液压—机械平衡系统”。使活动配重与动臂、斗杆、铲斗等组成系统势能为常量或在较小范围内变化实现各自对油缸的压力差为常量或在较小范围内变化；当活动配重与动臂、斗杆、铲斗等组成的系统势能不为常量或在较大范围内变化时依据“液压—机械平衡系统”，同样可实现各自对油缸的压力差为常量或在较小范围内变化。 对两种设计方案进行动力学分析研究，初步得到了活动配重、活动配重油缸与动臂、斗杆、铲斗、动臂油缸或斗杆油缸及油路组成的系统是不同于‘液压控制节能技术’的有效节能方法。其节能效果在工作装置上下工作过程时的能量利用方面目前优于“混合动力挖掘机”，同时得到活动配重、活动配重油缸等相互连接组成运动机构的几何参数对节能设计及效果有较大影响。 本文最后应用AMESim液压仿真软件，对传统挖掘机压力曲线与平衡挖掘机的动臂油缸以及斗杆油缸的压力曲线进行对比分析，得到平衡挖掘机两种方案比传统挖掘机的节能效果分别为13.29%和29.01%，同时还得到活动配重油缸与水平面的夹角在3.8°~61°（动臂）和3.4°~43.3°（斗杆）范围内变化时节能效果比较明显的结论，为平衡挖掘机进一步研发生产提供较为详实的参考资料。 【关键词】：平衡挖掘机 液压-机械平衡 节能原理 液压系统 AMESim仿真
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TU621
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 课题的背景和研究意义9-11
• 1.2 国内外挖掘机的发展现状和趋势11-15
• 1.2.1 国内发展现状和趋势11-13
• 1.2.2 国外发展现状和趋势13-15
• 1.3 课题研究的主要内容15-17
• 第二章 传统挖掘机液压系统能耗分析17-30
• 2.1 挖掘机的主要类型和工况特点17-20
• 2.1.1 挖掘机的主要类型17-18
• 2.1.2 挖掘机的工况特点18-20
• 2.2 挖掘机的液压系统20-24
• 2.2.1 挖掘机液压系统的分类20
• 2.2.2 定量系统20-21
• 2.2.3 变量系统21-24
• 2.3 挖掘机液压系统的功率损失分析24-26
• 2.3.1 液压系统能量损失24-25
• 2.3.2 溢流损失25-26
• 2.3.3 沿程功率损失26
• 2.3.4 摩擦功率损失26
• 2.3.5 机械系统能量损失26
• 2.3.6 功率匹配不合理而引起的损失26
• 2.4 节能方案26-29
• 2.4.1 蓄能器节能27-28
• 2.4.2 平衡系统节能28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第三章 平衡挖掘机设计原理及方案30-43
• 3.1 机械设计节能基本原理30-34
• 3.2 平衡挖掘机的设计思想34-38
• 3.3 平衡挖掘机的设计方案38-42
• 3.3.1 动臂-活动配重体平衡系统38-40
• 3.3.2 斗杆-活动配重体平衡系统40-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第四章 平衡挖掘机节能分析43-57
• 4.1 活动配重体对动臂运动的影响43-49
• 4.1.1 动臂油缸油压的变化过程分析43-46
• 4.1.2 活动配重体油缸与动臂油缸压力差对功率的影响分析46-49
• 4.2 活动配重体对斗杆运动的影响49-53
• 4.2.1 斗杆油缸油压的变化过程分析49-52
• 4.2.2 活动配重体油缸与斗杆油缸压力差对功率的影响分析52-53
• 4.3 配重体对配重体油缸压力的影响53-55
• 4.4 本章小结55-57
• 第五章 平衡挖掘机液压仿真57-68
• 5.1 液压系统仿真的必要性57
• 5.2 液压仿真软件 AMESIM 介绍57-58
• 5.3 平衡挖掘机液压系统仿真模型的建立58-63
• 5.3.1 动臂-活动配重体平衡系统的 AMESim 建模59-62
• 5.3.2 斗杆-活动配重体平衡系统的 AMESim 建模62-63
• 5.4 液压仿真结果及分析63-67
• 5.4.1 动臂-活动配重体平衡系统的仿真与分析63-65
• 5.4.2 斗杆-活动配重体平衡系统的仿真与分析65-67
• 5.5 本章小结67-68
• 结论与展望68-70
• 一 结论68
• 二 展望68-70
• 参考文献70-73
• 致谢73

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