面向多变负载工况的工程机械液压传动高效节能关键技术及应用

2023-08-02 10:36

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工程机械是仅次于乘用车辆的化石能源消耗大户,其使用过程的碳排放占其全生命周期的比例超96%,同时工程机械普遍采用液压传动,效率偏低。因此融合新技术,提升工程机械动力传动效率,是落实国家能源战略,实现“双碳”目标的重要途径。


该项目围绕工程机械传动高效节能,历经多年自主研发,在行业内创新提出了“泵控-阀控-回收”的液压系统混合构型方法,形成了面向多变负载工况的工程机械“泵容积控制+阀口独立控制+能量回收利用”高效节能成套技术。具体突破关键技术如下:


1.面向多变负载工况的工程机械液压传动系统构型及工况识别技术。提出了面向多变负载工况的液压系统可变构型设计方法与能量全局管理策略,首次提出了工程机械多泵源-多负载构型可变液压网络,攻克了基于机器学习的工程机械多变负载工况高精识别技术,提出了基于指令信号的工况时域作业速度、基于压力信号的工况时域作业强度特性表征方法,实现了多泵源-多负载的全局能量管理及低采样率下作业工况的高精度识别。


2.基于工况识别的分泵容积调速控制技术。开发了容积调速最优的系统构型和调节技术,实现了多泵源-多负载不同工况下,各执行器的流量由泵排量控制和分配比控制,泵控比例最大化,大大降低了阀控的节流和溢流损失。开发了分泵模式自适应平稳切换技术,实现了多泵系统在不同工况下的自适应平顺、稳定和快速的切换,确保了操作协调性和连贯性。


3.基于负载口独立的低损耗强平稳阀控技术。提出基于负载口独立控制的低损耗背压控制方法,提出双缓冲阻尼回转平稳高效控制技术,提出了基于流量突变预测识别的压力闭环平稳精准控制算法,行业首创大惯量回转全工况自适应平稳控制技术,实现了回油损失显著降低、多变负载下背压的最优控制及全工况下大惯量回转系统的高效平稳控制。


4.面向时序负载的能量高效回收及再利用技术。创新提出了执行器间能量即时高效再生方法,实现了回油损失降低56.3%,同时作业稳定性保持不变;提出了卷扬能量充放液流量工况自适应的控制方法,创新开发了高集成度能量回收阀及系统,实现能量回收及利用过程工况自适应控制,实现卷扬下放降低油耗高达15%,变幅工况下效率提高了25%~30%。


获发明专利授权18件,实用新型授权2件。研制出了行业领先的系列高效节能工程机械产品:截止目前,该创新技术已广泛应用于挖掘机、起重机、泵车等工程机械,在矿场作业、山地施工,港口工程、风电吊装等国计民生工程,大幅提升了典型工程机械的燃油经济性和作业效率。近三年获直接经济效益36.42亿元,利润7.16亿元。经鉴定,项目总体技术达到国际领先水平。


获奖等级:一等奖


完成单位:中联重科股份有限公司