徐州工程机械研究所江苏徐州221000
摘要：针对液压挖掘机作业过程中回转装置能量损失。本文分析了传统挖掘机回转装置制动时动能的损失，在原液压系统基础增加蓄能器和辅助马达作为动力元件，提出了一种节能方案及其控制方法。
关键词：回转系统；能量回收；辅助动力
液压挖掘机的重量多集中在转台以上，随转台转动时会产生很大的转动惯量。回转系统的能耗比重大，实现回转制动能量的回收再利用对节能减排、提高挖掘机的能量利用率具有重要意义。目前回转节能研究主要分为油电混动和液压储能两种方式，电池储能成本较高且在工程机械应用上还不成熟，本文主要提出了一种基于蓄能器的油液混合动力回转能量回收系统。
1能量回收型挖掘机回转系统原理
1.1能量回收原理
设计的挖掘机上部机构回转制动能量回收系统如图1所示。在原液压系统基础增加蓄能器1和辅助马达3作为动力元件，此系统能够在传统回转系统与能量回收系统之间相互转换，在能量回收模式下能够实现回转制动能的回收与再利用，以达到降低挖掘机装机功率以及节能的目的。如图1所示。
控制器依据采集的蓄能器压力值，根据控制逻辑输出控制信号给液压控制阀2开关，根据控制器的控制信号控制马达变量，对回收的液压能量进行释放。释放的能量驱动辅助变量马达3使其与发动机共同对液压泵提供动力运行，以实现回收能的释放再利用。即使回转能量回收系统出现故障，只需关闭该系统，也不影响机器的正常使用。辅助式动力系统能量释放过程相对独立，并且释放的能量不限于回转动作实用性更好。
1.2蓄能器的选型
蓄能器选择的主要依据是确保回转机构的制动能量能够迅速平稳的被吸收以及确保吸收的能量最大程度上被回收利用。参考测试某型25吨挖掘机回转制动马达油液的总流量约为1.5~2.5L。蓄能器的有效容积约占总容积的10%~25%，则蓄能器的容积应为：
2.能量释放的控制方法
挖掘机回转机构的回转由液压泵供能，回转机构可以与其它机构（如动臂液压缸、斗杆液压缸等）共用一个泵，也可以自己单独用一个泵。另外，关于泵的控制方式通常有正流量控制、负流量控制和负载敏感控制等方法，本文为了回收和释放回转制动的能量，并得到能量的回收率和再利用率，所以对泵只进行简单的控制，目标是尽量减少回转机构在启动加速时的溢流损失，并能达到一般工作时的转速。
关于蓄能器释放能量时机的选择，需要分析回转机构在运动过程中的运动规律以及能量供应情况。参考25吨挖掘机的性能参数，挖掘机回转90°，仿真得出回转过程中马达的运行参数。回转机构在启动时，回转马达进油口的压力和流量、回转机构的转速和转动加速度以及溢流阀的溢流量如图2、3、4所示。
从图中可以看出，回转机构在启动时，马达进油口的压力迅速达到泵出口溢流阀的调定压力24MPa，溢流阀将多余流量溢流，马达和回转机构加速启动，随着马达速度的提升，吸收流量增加，溢流阀的溢流量减少，系统的压力依然维持在24MPa，直到4.5s，此过程，马达转速进一步提高，当马达吸收的流量等于泵的输出流量时，溢流阀不再溢流，系统压力开始下降，但此时系统压力产生的驱动力矩依然大于负载阻力矩，所以，虽然回转机构转动加速度减小，但还在加速。随着转速的进一步增加，马达的流量供不应求，当系统压力产生的驱动力矩等于回转阻力矩时，回转机构转速达到最大值，以后将匀速转动，稍有速度波动。从以上分析的回转构转动过程的各阶段中选择蓄能器的释放能量的时机。在溢流阀开启时，即在0.5s之前，泵的流量供过于求，在之后的0.5s速度波动较大，由于蓄能器回收的能量有限，可以选择在回转机构速度稳定之后再释放能量，时机选在启动1s之后，针对不同型号的挖掘机，回转制动的能量不同，各参数也不同，能量释放的时机也不相同。当回转机构的转速趋于稳定后，转速虽有波动，但转动加速度很小，所以选择加速度较小时释放蓄能器的能量。
3结论
本文主要针对现有液压挖掘机的能源利用率不高的缺点，从液压挖掘机的回转系统出发，根据回转系统的能量分布，提出了一种以辅助动力式的回转能量回收液压系统方案，能够实现挖掘机回转制动动能的间接回收，并且能在下次回转启动时释放再利用。配合灵活高效的的控制方式，可以获得更好的节能效果，为液压挖掘机的节能研究提供了理论的支持。
参考文献：
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