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