随着我国的经济水平不断提高,国家对基建的需求和投入量也大大增加。伴随着丝绸之路经济带的建设,液压挖掘机更是大大的供不应求。大型,尤其是超大型液压挖掘机,具有机动性能优良、环境适应性强、挖掘和装载范围广以及生产效率高等优点,广泛应用于大型基建和矿山开采中,是我国重大技术装备。目前,超大型挖掘机市场主要被国外公司垄断,国内也仅太重、徐工和三一等企业在近几年开发了相关产品,严重制约我国大型工程建设的自主性。为满足工作需求,超大型液压挖掘机广泛采用高强度、重型机械臂作为工作装置,在往复工作循环中,重型机械臂的动势能往往以节流形式损失掉,甚至超过20%以上的发动机输出能量,浪费严重,是制约超大型装备的高能效、低碳、绿色运行的国际性难题。针对以上问题,研究团队创新提出了基于新型三腔液压缸驱动的大型矿用液压挖掘机动臂和斗杆势能高效回收再利用方法。所提系统中,创新的将传统液压缸的活塞杆掏空作为一个独立容腔,并新增一个活塞与其匹配,构成活塞副,将其与液压蓄能器相连,在往复升降过程中,工作装置的重力势能经新增设的活塞副与液压能相互转换,存储到液压蓄能器或经液压蓄能器释放,从而实现工作装置势能的高效回收再利用。本文以260 t大型矿用液压挖掘机为具体研究对象,其主要研究内容和结果如下:1.分析原有双腔液压缸系统和所提三腔液压缸系统的工作原理,根据三腔液压缸和蓄能器的工作需求对其参数进行设计与选型,在Simulation X软件中建立由主泵、主阀、三腔液压缸、蓄能器等元件构成的所提能量回收液压系统仿真模型,然后将在Pro/E软件中建立的大型液压挖掘机的工作装置三维模型导入Simulation X中,联合液压系统模型,构建液压挖掘机整机多学科联合仿真模型,分析双腔液压缸系统和三腔液压缸系统的运行特性和能效特性。2.基于所构建的联合模型,在不同工况下分别对双腔液压缸驱动动臂系统和三腔液压缸驱动动臂系统的运行特性和能效特性进行仿真分析。由仿真可知,在空载工况,相同的运行条件下,三腔液压缸系统中动臂运行更加平稳,可降低主泵的能耗约85.11%;在铲斗满载工况,相同的运行条件下,所提三腔液压缸系统可降低主泵能耗约62.22%。3.在铲斗满载工况中,对双腔液压缸驱动斗杆系统和三腔液压缸驱动斗杆系统的下降过程进行了仿真分析。由仿真可知,斗杆通过比例流量再生阀下降时会受到动臂液压缸初始行程的影响,并且当动臂液压缸伸出同样的位移时,相同的仿真条件下,三腔液压缸系统节能效果更佳。4.进一步对大型矿用液压挖掘机进行了试验研究,分别在四泵供油满载举升—空载下降和三泵供油空载举升—空载下降的两种工况下,对动臂和斗杆进行单动作试验,通过对比试验数据和仿真数据,验证了仿真模型的准确性。