液压机是用于压缩工件使其发生塑性变形的机械,其突出特点是滑块质量大和工进负载力大,而大型液压机更是达到了8万吨之巨,其滑块下放造成的重力势能浪费是相当可观的。本研究基于节能效果优越且结构简单的“伺服电机+定量泵”闭式泵控方案,进一步针对液压机的突出特点进行节能与优化,提出带储能系统的双排量泵马达闭式驱动液压机的方案:采用超级电容储能系统回收滑块动势能,采用双排量泵降低电机最大转矩。本研究的目的主要有两个方面,一是对液压机进行能效特性研究,回收空程下放阶段滑块的势能和动能以及蓄能器的液压能,在工件加压的峰值功率阶段补充母线所需的电功率;二是对液压机进行运行特性研究,在空程及回程阶段采用大排量泵,加快非工作行程的运行速度,减小工作时间;在工件加压阶段采用小排量泵,使得在相同负载力的情况下,对于电机最大转矩的要求大大降低。大体的研究方法是首先通过对液压机及本研究引入的储能系统进行理论建模并对各元件参数进行匹配,为整个研究奠定坚实的理论基础和提供完整可靠的数据。其次,为了使液压机领域的学者也能理解本研究的工作原理,进一步对储能系统的电路设计和环路控制进行了详细讲解。再次,搭建液压机试验台,对空程下放阶段液压机的能效特性进行试验研究。最后,利用Simulation X搭建液压机和储能系统仿真模型,对液压机的运行特性和能效特性进行仿真研究。下面介绍本研究的具体内容和结果,本文共分五章进行撰写:第一章:对本研究的背景和目的进行了分析,接着综合液压机和储能系统的研究现状引出了本课题的研究内容,并阐述了研究方法。第二章:先将液压机的工作循环划分为三大工况八小阶段,然后对每个阶段的能量利用情况及是否具备可回收性进行分析。接着对液压机的执行机构、动力单元和储能系统进行理论建模并对各元件参数进行匹配。第三章:针对液压机工况,设计了双向DC-DC变换器的主电路电容、电感和开关管的元件参数;接着讲解了充放电原理与双闭环的控制方法,设计了控制环路补偿器以提高响应速度和稳定性;最后对控制电路的具体电路实现进行设计,并通过仿真和试验说明了主电路开关管驱动信号的发生原理。第四章:首先,制定了储能系统能量回收与再利用的能量管理策略。其次,搭建液压机试验台对空程下放发电工况进行能量回收,证明一个工作周期内储能系统的能够回收688焦耳的能量,回收效率为79.3%。最后,在Simulation X中搭建液压机与储能系统仿真模型,然后通过对液压机运行特性的仿真分析,证明双排量泵能大幅度降低电机最大转矩、提高非工作行程工作效率,并通过对液压机能效特性的仿真分析,证明储能系统能够提高液压机6.9%的节能效果、减小线路阻抗的损耗、降低对电网的功率冲击。