【高校科研成果】太原理工大学 机电装备节能与智能控制技术团队

采用基于闭式泵控的分布式系统可有效提高液压系统能量效率，是当前流体传动与控制技术领域研究热点和前沿方向。但泵的输出流量和普遍采用的单出杆液压缸面积比不匹配，是需要攻克的一个难题。经过多年探索，团队在双泵控单出杆液压缸系统构型的基础上，提出流量自平衡非对称配流原理解决了这一难题。研制出具有三个工作油口的非对称轴向柱塞泵，其中两油口按照液压缸两腔面积进行匹配设计，第三油口接通蓄能器进行能量回收利用，仅需单台非对称泵即可平衡非对称缸两腔流量。根据配流形式的不同，研制出串联型和并联型两类非对称泵，实现了高效驱控与动势能回收利用一体化。将非对称泵用于挖掘机，与负载敏感系统相比，系统能耗降低了50%。

非对称轴向柱塞泵照片及其称配流原理

非对称泵控单出杆缸回路原理

非对称柱塞泵及系统控制的液压挖掘机

针对大功率多执行器系统采用闭式泵控技术导致整机装机功率过大，制约应用的难题，进一步融合分布式泵控技术高能效与集中式阀控技术高功率密度的优势，提出了开闭式融合高能效泵阀协同多执行器驱动系统构型，通过小功率分布式泵控单元控制执行器运动，大功率集中式阀控系统补偿泵控单元所需不对称流量以及负载功率，较分布式泵控系统降低装机功率22%；此外通过泵控单元调控各执行器驱动腔压力相等，消除并回收了载荷差异和超越负载所造成的能量损失，实现液压多执行器系统极低压损驱动和控制，较负载敏感系统降低能耗50%。

开闭式融合高能效泵阀协同

多执行器驱动系统原理

开闭式融合泵阀协同液压挖掘机

液压传动功率密度高、输出力大，但能效较低；电机械传动能效高、控制性能好，但功率密度低且承载能力弱。二者均无法满足重型装备对高能效、高承载和高性能的要求。团队对二者进行优势重组和结构集成，发明电气液压双动力集成驱控重载直线执行器技术，该执行器具有电气和液压两个动力源，以及与之匹配的液压传动和机电传动机构。其核心原理为，采用高能效小功率电机械传动代替液压阀无节流损失地控制执行器运动，液压传动随动放大电气动力提高功率密度和承载力，充分发挥二者优势。执行器运动控制动态响应显著提升，定位精度等同于现有的液压系统，而功率密度可经过液压系统压力和执行器活塞面积按需调控。该执行器技术不仅可高效控制单执行器，也适用于多执行器系统，实现动势能高效回收利用、载荷差异均衡以及极低压损驱控。用于油压机的试验样机，整机能效提升至60%以上。该技术还可拓展应用于航空航天、国防军工、农业、林业机械和重型机械等装备。

电气液压双动力集成驱控重载

直线执行器—折返式

电气液压双动力集成驱控重载

直线执行器—直线式

采用电气液压双动力混合驱控压力机

工程机械用多路阀采用机械式压力补偿器控制流量，存在精度低、小流量控制难、功能单一、分流特性差（流量饱和）等不足，难以满足智能化发展背景下，用户对主机多功能、精准操控和自主运维的需求。为此，研发阀口面积、压差多参数独立调控型比例多路阀，实现阀口流量参数精确解耦控制，突破现有多路阀面积/压差非线性耦合造成流量精度低，以及单一变量控制阀的功率域受限的不足，新的原理，流量精度由现有10% 左右提升到4%以上，并在50%～140%额定流量范围内实现了宽功率域增益自适应智能调节，实时动态匹配系统工况需求。精细作业模式下提升微动操控平稳性与柔和性、高速作业工况下保障动力响应的迅捷性和低压损。通过软件编程灵活定义流量特性，显著提升了阀的流量控制性能与工况适应能力，赋能主机智能化发展。

阀口面积压差多参数独立调控型比例多路阀

高精度稳态负载特性曲线

宽流量域特性曲线