液压传动系统由于功率密度大、使用寿命长、布置灵活等优点,广泛应用于工业自动化装备和非道路移动机械、重型机械等领域。液压传动系统根据控制方式可以分为阀控(节流控制)和泵控(容积控制)两大类,阀控系统动态响应快、控制精度高,但其致命的不足是存在较大的节流损失,导致系统能量效率低,造成能量浪费,泵控系统消除了系统节流损失,能量效率高,不足是动态响应较慢,而且由于执行器多为两腔面积不等的单出杆液压缸,而现有液压泵进出口流量相等,需附加补偿措施平衡不对称流量,增加了系统成本和控制复杂性。针对以上存在的问题,围绕液压传动系统节能高效运行这一目标,本课题在国家自然科学基金面上项目“分腔容积直驱电液控制系统能量高效转换利用的理论与方法(51575374)”资助下,对变转速分腔容积直驱电液系统的关键技术开展研究,采用能效高、响应快的变转速伺服电机驱动定量液压泵作为动力源,采用分腔容积控制完全消除系统节流损失,采用位置-总压力复合控制策略提高控制精度,获得了类似阀控系统的控制效果,并对该系统在注塑机和挖掘机上的应用开展研究,主要完成了以下内容:首先对比分析了多种电液动力源构型的特点,确定伺服电机驱动定量液压泵这种构型作为本课题采用的动力源,采用两个这样的动力源分别控制液压执行器的两腔,组成变转速分腔容积直驱电液系统,通过控制伺服电机转速改变液压泵输出流量和压力,直接驱动执行器运行,完全消除系统节流损失,提高系统能量效率。并建立该系统数学模型,提出位置-总压力控制策略,分析该系统在不同工况下的控制方式及能效特性。在理论分析的基础上,在Simulation X软件中构建包含控制系统-电气系统-液压系统的仿真模型,对系统运行特性和能效特性进行仿真研究,并进一步构建试验测试平台,对所提系统和控制策略的可行性以及系统的动态特性和四象限运行特性等进行试验研究。将变转速分腔容积直驱电液系统应用于注塑机开展研究,分析现有注塑机的结构和工作原理,采用五种不同的电液动力源分别驱动注塑机运行并测试其能耗,结果表明伺服电机驱动定量液压泵这种电液动力源的节能效果最佳,可降低整机能耗87%,并设计变转速分腔容积直驱电液系统控制注塑机方案,进一步提高注塑机能效。将变转速分腔容积直驱电液系统应用于挖掘机开展研究,分析现有挖掘机的结构和工作原理,设计变转速分腔容积直驱电液系统控制挖掘机整机的方案和控制策略,以实验室现有的6吨级液压挖掘机为研究对象,建立试验样机对整机系统进行测试,并在多学科仿真软件Simulation X中构建机-电-液联合仿真模型,分别对变转速分腔容积直驱挖掘机单执行器动作和复合动作进行仿真分析,能量回收效率在40-75%范围内,获得了良好的控制特性和节能效果。本课题研究结果表明,变转速分腔容积直驱电液系统拥有良好的运行特性,且节能效果显著,采用位置-总压力复合控制策略可以使系统获得类似阀控系统的控制效果,该系统应用于注塑机和挖掘机均可以提高机器的能效,本课题的研究结果可进一步推广应用于其他工业和工程机械,为液压传动系统节能高效运行和液压机械节能减排提供了理论依据和新的思路。