工程机械与核心液压元件课件

工程机械及核心液压元件（方向之一）浙江工业大学流体传动及控制研究团队2012.04.27一、研究背景一、研究背景工程机械是装备制造业的重要支柱工程机械是装备制造业的重要支柱工程机械是装备制造业的重要支柱工程机械是装备制造业的重要支柱工程机械是装备制造业的重要支柱工程机械是装备制造业的重要支柱工程机械是装备制造业的重要支柱工程机械是装备制造业的重要支柱工程机械是装备制造业的重要支柱工程机械是装备制造业的重要支柱我国最新研制的我国最新研制的WK55矿用挖掘机矿用挖掘机我国最新研制的我国最新研制的WK55矿用挖掘机矿用挖掘机我国工程机械发展势头迅猛我国工程机械发展势头迅猛 2010年，4000亿，产销量已居世界首位世界首位；十二五，预计年均增长率为17%17%；2015年，翻一番，将超过90009000亿。液压系统是工程机械最主要的子系统液压系统是工程机械最主要的子系统多路阀、多路阀、插装阀插装阀核心控制核心控制元件元件液压泵液压泵核心动力核心动力元件元件系统复杂，多路，多模式工作环境恶劣，高低温、振动、污染、连续工况等作动器作动器执行元件执行元件多路阀：工程机械液压系统的核心元件多路阀：工程机械液压系统的核心元件插装阀：工程机械核心液压元件的发展方向插装阀：工程机械核心液压元件的发展方向上世纪70年代末引进的国外技术，已经落后，绝大多数企业技术实力弱，自主技术创新能力低；长期重主机、轻部件，造成基础部件发展滞后，主要技术瓶颈有：工程机械核心液压元件的国内外对比工程机械核心液压元件的国内外对比上世纪70年代末引进的国外技术，已经落后，绝大多数企业技术实力弱，自主技术创新能力低；长期重主机、轻部件，造成基础部件发展滞后，主要技术瓶颈有：工程机械用核心液压元件国内外对比工程机械用核心液压元件国内外对比面向多路阀、插装阀的专用设计、仿真、优化工具缺乏，整体设计水平较低比例电磁铁性能较差，可靠性低，严重影响产品的性能与质量多路阀、插装阀阀体一体化铸造工艺缺乏、长阀孔、阀芯的加工工艺落后比例型多路阀、插装阀控制器的功能少，比例驱动技术落后，可靠性低，数字化程度低上世纪70年代末引进的国外技术，已经落后，绝大多数企业技术实力弱，自主技术创新能力低；长期重主机、轻部件，造成基础部件发展滞后，主要技术瓶颈有：面向多路阀、插装阀的专用设计、仿真、优化工具缺乏，整体设计水平较低比例电磁铁性能较差，可靠性低，严重影响产品的性能与质量多路阀、插装阀阀体一体化铸造工艺缺乏、长阀孔、阀芯的加工工艺落后比例型多路阀、插装阀控制器的功能少，比例驱动技术落后，可靠性低，数字化程度低主要局限在低端的装载机、打包机等，高端的挖掘机、起重机等几乎全靠进口力士乐、川崎、布赫的产品，尤其是力士乐。供货周期、数量、利润均受制于人。维修备件成本更是高的惊人。工程机械用核心液压元件国内外对比工程机械用核心液压元件国内外对比上世纪70年代末引进的国外技术，已经落后，绝大多数企业技术实力弱，自主技术创新能力低；长期重主机、轻部件，造成基础部件发展滞后，主要技术瓶颈有：面向多路阀、插装阀的专用设计、仿真、优化工具缺乏，整体设计水平较低比例电磁铁性能较差，可靠性低，严重影响产品的性能与质量多路阀、插装阀阀体一体化铸造工艺缺乏、长阀孔、阀芯的加工工艺落后比例型多路阀、插装阀控制器的功能少，比例驱动技术落后，可靠性低，数字化程度低主要局限在低端的装载机、打包机等，高端的挖掘机、起重机等几乎全靠进口力士乐、川崎、布赫的产品，尤其是力士乐。供货周期、数量、利润均受制于人。维修备件成本更是高的惊人。外企凭借技术优势，垄断了高端市场，利润高达150%，我国工程机械70%70%的利润都被国外配套厂家占据。工程机械用核心液压元件国内外对比工程机械用核心液压元件国内外对比国家装备制造产业的战略发展需求国家装备制造产业的战略发展需求l国家中长期发展规划68个优先发展主题之“5、制造业-(26)基础件和通用部件”l国家提出“主机与配套同步发展的战略调整”l并适时提出“三基”规划：“基础件、基础制造和基础材料”的发展规划，将高性能比例阀列入其主要发展产品目录中l满足未来5年工程机械发展需要，扭转70%利润给进口配件的历史二、研究方向二、研究方向1：新型工程机械用液压控制元件：新型工程机械用液压控制元件l采用阀芯双自由度将导控级和功率级合二为一，结构大大简化，且成本极低；l采用压扭联轴器放大比例电磁铁推力，有效地克服稳态液动力和液压卡紧力的影响，从而使其能够工作在高压大流量工况下；l不受系统失压或压力过低的影响。新型新型2D电液比例换向阀电液比例换向阀1：新型工程机械用液压控制元件：新型工程机械用液压控制元件 新型新型2D电液比例换向阀用的两种压扭联轴器电液比例换向阀用的两种压扭联轴器2：工程机械用液压控制元件的专用设计手段工程机械用液压控制元件的专用设计手段2：阀用比例电磁铁优化设计：阀用比例电磁铁优化设计l优化比例阀的电磁铁结构，提高电磁功率密度和线性度，改善多路阀的响应能力和操纵性能；l改善磁芯管和衔铁加工工艺，电磁铁线圈绕制工艺、焊接工艺；l针对目前电磁铁故障模式，通过可靠性性设计和实验测试方法，提高工作可靠性；电磁铁优化设计3：工程机械用液压控制元件数字式控制器：工程机械用液压控制元件数字式控制器l基于数字控制器的智能控制策略研究，补偿比例电磁铁和负载的非线性，提高控制性能；l数字总线技术和远程监控技术；l数字式负载敏感技术研究，进一步提高系统效率；l控制器通过电磁兼容性设计、热设计、容差设计、可靠性增长实验、高可靠元器件筛选，优化工艺参数，严格规范生产过程，提高控制器可靠性；l基于数字控制器的阀故障诊断与健康管理研究，提高装备的工作可靠性、可维修性，实现高效，可靠服役和全生命周期管理；国外数字控制器功能国外数字控制器功能16位微控制器模块，适用于诊断、参数设计和过程变量显示的串口数据接口，可并排控多个阀片，PWM电磁铁驱动电路，并有灵活的配套控制软件用于设置。多个控制器之间可以通过CAN总线通讯，拥有启动条件、输入输出检测等安全功能国外控制器故障率：国内控制器故障率：差差2个数量级个数量级电源失效电源失效接插件失效接插件失效元部件失效元部件失效驱动电路失效驱动电路失效主要失效模式：主要失效模式：控制器可靠性提升热设计减振设计容差设计元器件筛选抗负荷设计电磁兼容设计可靠性验证试验可靠性增长试验4：阀铸造、加工工艺方法：阀铸造、加工工艺方法l针对多路阀长阀孔、高精度长阀芯加工难的难题，研究先进加工工艺，提高加工精度。l针对阀体结构及空间流道复杂，精度要求高，腔体耐高压等难点，采用铸造模拟软件仿真优化铸造参数，改进浇注系统和型砂材料；多路阀铸造工艺研究路线混合动力技术研究（方向之二）混合动力技术的分类混合动力技术的分类混合电动车技术混合电动车技术（通常提到的混合动力（通常提到的混合动力）由发动机由发动机+发电机发电机+电动机组成电动机组成发电机主要用于回收制动能量保存到蓄能器，通过电动机将发电机主要用于回收制动能量保存到蓄能器，通过电动机将电能转化为机械能，按控制策略不同，电动机可以在汽车启电能转化为机械能，按控制策略不同，电动机可以在汽车启停模式或纯电动机工作模式。停模式或纯电动机工作模式。雷克萨斯雷克萨斯RX450h混合动机汽车混合动机汽车混合电动车技术使用较多，以日本丰田占据混合电动车技术使用较多，以日本丰田占据的市场份额最高的市场份额最高丰田普锐斯混合动力车及其工作原理丰田普锐斯混合动力车及其工作原理丰田普锐斯混合动力车及其工作原理丰田普锐斯混合动力车及其工作原理液压混合动力技术液压混合动力技术 发动机发动机/电动机电动机+液压变压器（泵液压变压器（泵+马达）马达）+储能元件储能元件利用变压器回收汽车或工程机械制动能量保存与储能元件利用变压器回收汽车或工程机械制动能量保存与储能元件（蓄能器），同时在汽车启停或工程机械需要高能量输出是（蓄能器），同时在汽车启停或工程机械需要高能量输出是由液压变压器输出。由液压变压器输出。根据主动力和辅助动力的联接方式的不同进行分类根据主动力和辅助动力的联接方式的不同进行分类液压混合技术按使用对象不同分类液压混合技术按使用对象不同分类民用汽车或机械民用汽车或机械 国际上对液压混合动力技术的研究早在国际上对液压混合动力技术的研究早在国际上对液压混合动力技术的研究早在国际上对液压混合动力技术的研究早在2020世纪世纪世纪世纪8080年代年代年代年代末末末末 ，如力士乐，伊顿等。液压混合动力技术可节能，如力士乐，伊顿等。液压混合动力技术可节能，如力士乐，伊顿等。液压混合动力技术可节能，如力士乐，伊顿等。液压混合动力技术可节能25%25%以以以以上，一般两至三年可收回增加的成本。国内较早开始液压上，一般两至三年可收回增加的成本。国内较早开始液压上，一般两至三年可收回增加的成本。国内较早开始液压上，一般两至三年可收回增加的成本。国内较早开始液压混合动力技术研究的有哈尔滨工业大学、吉林大学、北京混合动力技术研究的有哈尔滨工业大学、吉林大学、北京混合动力技术研究的有哈尔滨工业大学、吉林大学、北京混合动力技术研究的有哈尔滨工业大学、吉林大学、北京理工大学、浙江大学、上海交大，北京创世奇有限公司，理工大学、浙江大学、上海交大，北京创世奇有限公司，理工大学、浙江大学、上海交大，北京创世奇有限公司，理工大学、浙江大学、上海交大，北京创世奇有限公司，北京嘉捷恒信能源技术有限公司等北京嘉捷恒信能源技术有限公司等北京嘉捷恒信能源技术有限公司等北京嘉捷恒信能源技术有限公司等 。伊顿公司开发的伊顿公司开发的伊顿公司开发的伊顿公司开发的液压混合动力系液压混合动力系液压混合动力系液压混合动力系统，减速、制动统，减速、制动统，减速、制动统，减速、制动回收时，加速、回收时，加速、回收时，加速、回收时，加速、启动时输出启动时输出启动时输出启动时输出上海交大研制的上海交大研制的液压混合动力大巴液压混合动力大巴配备伊顿混合动力系统的福田客车配备伊顿混合动力系统的福田客车北京嘉捷的液压混合动力公交车北京嘉捷的液压混合动力公交车工程机械工程机械并联式液压混合动力挖掘机工作原理并联式液压混合动力挖掘机工作原理液压混合动力技术优点液压混合动力技术优点 液压混合动力技术利用液压系统功率密度液压混合动力技术利用液压系统功率密度大、污染小、效率高、使用寿命长、装置简大、污染小、效率高、使用寿命长、装置简单、性能稳定可靠的特点。在中重负载、频单、性能稳定可靠的特点。在中重负载、频繁起停、大功率高频能量交换的工况的工程繁起停、大功率高频能量交换的工况的工程机械、特种车辆、城市公交车辆有更强的应机械、特种车辆、城市公交车辆有更强的应用优势。用优势。液压混合动力技术研究重点（1）发动机及其控制技术）发动机及其控制技术（2）液压泵）液压泵/马达和液压蓄能器马达和液压蓄能器（3）集成动力耦合器的自动变速器）集成动力耦合器的自动变速器机电系统组成动力模块动力模块储能及转化模块储能及转化模块传动模块传动模块执行模块执行模块机电系统组成机电系统组成谢谢！欢迎各位批评、指正！