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1、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,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WK55矿用挖掘机,我国最新研制的WK55矿用挖掘机,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； 十二五，预计年均增长率为17%； 2015年，翻一番，将超过9000亿。,液压系统是工程机械最主要的子系统,多路阀、插装阀 核心控制 元件,液压泵 核心动力 元件,系统复杂，多路，多模式 工
2、作环境恶劣，高低温、振动、污染、连续工况等,作动器 执行元件,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,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,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,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，
3、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
4、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,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
5、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%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,国家装备制造产业的战略发展需求,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” 国家提出“主机与配套同步发展的战略调整” 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 满足未来5年工程机械发展
6、需要，扭转70%利润给进口配件的历史,二、研究方向,1：新型工程机械用液压控制元件,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； 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； 不受系统失压或压力过低的影响。,新型2D电液比例换向阀,1：新型工程机械用液压控制元件,新型2D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,2：阀用比例电磁铁优化设计,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； 改善磁芯管和衔铁加工工艺，电磁铁线圈绕制工艺、焊接
7、工艺； 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,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； 数字总线技术和远程监控技术； 数字式负载敏感技术研究，进一步提高系统效率； 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； 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 16位微控制器模块，适用于诊断、参数设计和过
8、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2个数量级,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,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。,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
9、究路线,混合动力技术研究 （方向之二）,混合动力技术的分类,混合电动车技术 （通常提到的混合动力） 由发动机+发电机+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。,雷克萨斯RX450h混合动机汽车,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,丰田普锐斯混合动力车及其工作原理,液压混合动力技术 发动机/电动机+液压变压器（泵+马达）+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由液压变压器输出。,根据主动力和辅助动力的联接
10、方式的不同进行分类,液压混合技术按使用对象不同分类,民用汽车或机械,国际上对液压混合动力技术的研究早在20世纪80年代末 ，如力士乐，伊顿等。液压混合动力技术可节能25%以上，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 。,伊顿公司开发的液压混合动力系统，减速、制动回收时，加速、启动时输出,上海交大研制的 液压混合动力大巴,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,工程机械,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机械、特种车辆、城市公交车辆有更强的应用优势。,液压混合动力技术研究重点,（1）发动机及其控制技术 （2）液压泵/马达和液压蓄能器 （3）集成动力耦合器的自动变速器,机电系统组成,动力模块,储能及转化模块,传动模块,执行模块,机电系统组成,谢谢！ 欢迎各位批评、指正！,
