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第1章 工程机械能耗分析与节能途径1

1.1工程机械节能的意义1

1.2液压挖掘机液压系统概述3

1.2.1液压系统工作原理4

1.2.2功能控制油路8

1.3液压挖掘机能耗分析13

1.3.1仿真模型法13

1.3.2测试样机法18

1.3.3能量流分析法34

1.4液压挖掘机各执行机构的可回收能量和工况分析39

1.4.1各执行机构的可回收能量分析39

1.4.2动臂驱动液压缸可回收工况的特性分析43

1.4.3上车机构可回收工况的特性分析45

1.5工程机械节能途径46

1.5.1动力节能技术46

1.5.2液压节能技术47

1.5.3能量回收技术47

参考文献48

第2章 工程机械动力节能技术49

2.1基于传统发动机功率匹配的控制技术49

2.1.1分工况控制49

2.1.2转速感应控制50

2.1.3自动怠速控制51

2.1.4恒功率控制51

2.1.5变功率控制52

2.1.6发动机的停缸控制52

2.2油电混合动力技术54

2.2.1油电混合动力技术概述54

2.2.2油电混合动力系统的优点56

2.2.3油电混合动力技术的特点57

2.2.4车辆混合动力技术在工程机械领域的移植性61

2.2.5油电混合动力技术的研究进展64

2.2.6油电混合动力技术的应用实例77

2.3液压混合动力技术81

2.3.1液压混合动力技术概述81

2.3.2工程机械液压混合技术和油电混合动力技术的异同点82

2.3.3工程机械液压混合技术的瓶颈82

2.3.4液压混合动力技术的研究进展83

2.3.5液压混合动力装载机技术分析90

2.4纯电驱动技术97

2.4.1纯电动的优点97

2.4.2纯电动结构方案99

2.4.3纯电动工程机械的关键技术100

2.4.4纯电动挖掘机的研究进展102

2.4.5纯电动挖掘机典型案例105

2.5电喷发动机应用技术109

2.5.1电喷发动机与传统发动机调速特性的不同点109

2.5.2电喷发动机阶跃加载试验及分析110

2.6液压自由活塞发动机技术110

2.7天然气发动机技术112

2.7.1 CNG发动机112

2.7.2 LNG发动机115

2.7.3天然气发动机的应用116

2.8氢气发动机117

参考文献119

第3章 液压节能技术121

3.1基于液压元件效率优化121

3.1.1液压泵的效率优化122

3.1.2液压控制元件的节能123

3.2负流量、正流量系统124

3.2.1负流量系统124

3.2.2正流量系统129

3.2.3新型复合流量控制系统132

3.3恒功率控制134

3.3.1全功率控制135

3.3.2分功率控制136

3.3.3交叉功率控制136

3.4负载敏感系统137

3.4.1工作原理137

3.4.2节能特性分析141

3.4.3操控特性分析142

3.4.4主要研究进展143

3.5负载口独立调节系统145

3.5.1负载口独立调节工作原理145

3.5.2负载口独立调节控制阀简介148

3.5.3负载口独立调节技术研究进展149

3.6泵控液压系统152

3.6.1变排量定转速控制152

3.6.2变转速定排量控制153

3.6.3变转速变排量复合控制155

3.6.4泵控的应用分析156

3.6.5泵控在工程机械中的应用161

3.7基于二次调节技术的节能162

3.7.1工作原理162

3.7.2控制方式163

3.7.3二次调节系统特性分析166

3.7.4优势分析167

3.7.5二次调节技术的发展167

3.8基于液压变压器的节能技术169

3.8.1工作原理170

3.8.2特性分析171

3.8.3国内外研究现状172

3.8.4液压变压器在工程机械中的应用176

3.9多泵系统177

3.9.1工作原理177

3.9.2节能分析178

3.9.3多泵系统的应用178

3.10基于高速开关阀的液压系统179

3.10.1高速开关阀简介179

3.10.2高速开关阀节能原理180

3.10.3高速开关阀的应用180

3.11基于二通矩阵的工程机械液压系统181

3.11.1二通矩阵工程机械液压系统节能原理181

3.11.2二通矩阵工程机械液压系统的应用181

参考文献183

第4章 能量回收系统简介186

4.1能量回收对象的类型186

4.1.1负负载187

4.1.2非负负载187

4.2储能元件的类型和特性分析188

4.2.1电量储存单元188

4.2.2液压蓄能器192

4.2.3储能单元特性分析194

4.3能量转换单元工作原理196

4.3.1电动机/发电机196

4.3.2液压泵/马达203

4.4能量回收系统的分类204

4.4.1无储能元件的能量回收系统206

4.4.2机械式能量回收207

4.4.3液压式能量回收209

4.4.4电气式能量回收211

4.4.5复合式能量回收212

4.5汽车能量回收技术在工程机械上的移植性218

4.5.1动臂势能回收系统218

4.5.2液压挖掘机上车机构回转制动能量回收系统220

4.5.3装载机行走制动和汽车行走制动的异同点221

4.6作业型挖掘机和行走型装载机的能量回收技术异同点222

4.6.1能量回收的来源和回收能量与驱动能量的比重不同222

4.6.2能量回收的途径不同223

4.6.3能量回收的效率不同224

4.6.4能量回收的控制策略不同224

参考文献225

第5章 电气式能量回收系统226

5.1电气式回收系统特性分析226

5.1.1基本结构方案226

5.1.2系统建模及控制特性分析226

5.2能量转换单元的效率特性分析及优化231

5.2.1液压马达效率模型及分析232

5.2.2永磁同步发电机效率模型及分析241

5.2.3超级电容效率特性分析245

5.2.4能量转化单元的效率优化控制策略250

5.3电气式能量回收系统的关键技术及经济性252

5.3.1能量回收效率252

5.3.2操控性能253

5.3.3经济性254

5.4动臂势能电气式回收系统发展动态254

5.4.1挖掘机领域研究进展254

5.4.2其他工程机械领域研究进展272

5.5回转制动电气式回收技术发展动态274

5.5.1传统液压回转系统特性分析274

5.5.2电动回转及能量回收系统276

5.5.3液压马达-发电机转台能量回收技术287

5.5.4液压马达-电动机回转复合驱动系统296

参考文献299

第6章 液压式能量回收系统303

6.1液压蓄能器能量回收系统基本工作原理303

6.1.1非流量控制阀303

6.1.2流量可控阀304

6.1.3容积调速单元306

6.2液压式能量回收技术的难点306

6.2.1回收能量的再利用技术306

6.2.2液压蓄能器压力的被动控制308

6.2.3防止不同压力等级液压油切换时压力冲击和节流损耗技术309

6.2.4液压蓄能器的能量密度较低310

6.2.5液压蓄能器的效率特性311

6.2.6液压蓄能器的参数可调311

6.2.7液压蓄能器的安全性问题311

6.3液压式能量回收再利用技术的分类及研究进展312

6.3.1基于液压控制阀的能量再利用312

6.3.2以液压蓄能器为动力油源的能量再利用320

6.3.3基于马达或泵/马达的能量回收技术328

6.3.4基于二次调节技术332

6.3.5基于三通/四通液压泵的液压回收技术333

6.3.6基于二通矩阵的液压式能量回收与释放系统337

6.3.7基于平衡单元的回收技术338

参考文献347

第7章 能量回收技术在非负负载的应用349

7.1溢流损耗能量回收技术349

7.1.1溢流损耗简介349

7.1.2溢流损耗回收和再利用实现方法351

7.1.3能量回收单元对溢流功能工作特性的影响规律356

7.2节流阀口压差损耗能量回收技术367

7.2.1节流损耗简介367

7.2.2节流损耗回收和再利用实现方法369

7.3自动怠速能量回收技术370

7.3.1自动怠速能量损耗分析370

7.3.2新型自动怠速系统工作原理371

7.3.3新型自动怠速的数学模型373

7.3.4新型自动怠速的控制策略376

7.3.5新型自动怠速的仿真383

7.3.6新型自动怠速试验389

7.4闲散动能能量回收技术393

参考文献395

第8章 能量回收技术的关键技术与发展趋势396

8.1能量回收技术的关键技术396

8.1.1高效且具有良好操作性的动臂势能快速回收技术396

8.1.2具有大惯性和变转动惯量负载特点的转台制动动能回收技术397

8.1.3不同可回收能量的耦合398

8.1.4整机和能量回收系统的耦合单元399

8.1.5整机和能量回收系统的全局与局部协同优化管理技术400

8.1.6储能单元的主动控制方法400

8.1.7基于能量回收单元的执行元件工作模式辨别401

8.1.8能量回收单元的控制方法401

8.1.9基于能量回收单元的电液控制及集成技术402

8.1.10工程机械能量回收的评价体系402

8.2能量回收技术的发展趋势403

8.2.1高性能液压马达-发电机一体化集成单元的突破403

8.2.2液压蓄能器-液压缸一体化技术404

8.2.3新型液压蓄能器404

8.2.4基于能量回收系统的液压挖掘机液压控制多路阀405

8.2.5基于电液平衡的能量回收技术407

8.2.6能量回收在液压压差的应用408

8.2.7能量回收在工程机械其他闲散能量的应用410

8.2.8能量回收在非工程机械领域的应用410

参考文献412