【高校成果】太原理工大学机电系统节能与智能控制技术团队

文摘 2024-12-23 17:07 北京

【高校成果】本栏目旨在展示国内各大高校科研团队的科研成果，促进企业与高校间的交流与合作，推动行业高质量发展。

太原理工大学

机电系统节能与智能控制技术团队

介绍

团队带头人介绍

权龙（1959-）,教授，博士生导师，享受国务院特殊津贴专家，山西省“三晋英才”领军人才；兼任中国机械工程学会流体传动与控制分会副主任委员，中国液气密工业协会专家委员会委员。主要从事液压元件流场仿真、新型元件研发、系统集成；机电装备节能技术和智能化技术等领域的研究工作。

团队介绍

教授2人，副教授5人，讲师6人；博士生12人，硕士生60人。获国家教学成果（研究生）二等奖1项，中国专利优秀奖1项，山西省科技进步二等奖3项，发表SCI期刊收录论文80余篇，授权发明专利180余件，美国专利6件。

电气液压双动力集成重载直线驱动与传动技术

在双碳背景和新质生产力的推动下，绿色化和智能化成为航空航天、重型机械、工程机械和农业机械等高端装备的必然选择。目前，这些装备普遍采用液压传动技术传递分配动力，并控制机器做功，存在能效非常低、碳排放严重的致命不足，造成电动化的工程和农业机械装备续航时间过短、电池成本过高，难以推广应用，亟需颠覆性技术实现突破。原创提出了电机械传动控制运动、液压传动放大电气动力的电液双动力融合协同驱动思想，融合两种传动方式优势，发明电气液压双动力集成重载直线执行器，破解现有传动无法兼具高功率密度、高能效与高性能的国际性重大难题，赋能我国重型装备绿色、智能和高端化，实现引领。应用于全电动挖掘机，实现执行器定位精度≤1 mm，整机能效由不足25%提升至60%，由不足4小时提升至9小时，彻底解决电动装备推广应用难题。应用于航空航天领域，可满足飞机对高功重比、异构冗余、紧凑化和智能化需求，较空客A380和波音787最先进的电机械和电静液方案，一套装置便可实现两套装置的异构冗余功能，使飞控系统质量更轻、操控性更优，是完全自主原创的飞控系统构型，打破“卡脖子”困局。用于冶金、矿山、国防、海洋和舰船等大国重器，为这些装备提供技术领先的传控元件与系统构型，助力赶超和引领。获国家自然科学基金面上项目、青年项目各2项，博后特别资助项目1项；授权发明专利26件，上银优秀机械博士论文奖铜奖，第10届流体传动与控制国际会议最佳论文奖。

重型机械臂重力势能高效储用与驱动一体化技术

液压驱动的重载举升机构是重型装备的重要组成部分，在工作中需频繁升降，其重力势能经液压阀节流转换为热能消耗掉，能量浪费严重。举升机构的能效直接决定我国重型装备产业能否实现绿色化、高端化发展。高效回收利用其大功率重力势能列入我国亟待攻克的1万个重大科学难题。历经近10多年攻关，发明液压缸协同独立储能缸、液压缸集成储能容腔2类重型机械臂高效驱动技术，势能存储和利用分别只经过1次转换，储用效率由目前不足35%突破到70%以上，迄今国际上效果最优。独立储能缸方法已在76 t、51 t级等多个型号液压挖掘机中产业化应用，降低动臂能耗达42%；液压缸集成储能容腔方案，用于37 t挖掘机，在专用试验场按照国标准进行了全面测试评估，势能利用率达71%，降低动臂能耗高达73%，燃油消耗降低26%，生产效率提高10%，压力冲击减小66%。样机已在河南栾川露天矿连续运行500多小时。获国家重点研发计划项目课题、国家科技支撑计划项目、NSFC-山西煤基低碳联合基金重点项目（优秀结题）支持。授权国家发明专利14件，与三一重机成立联合实验室、研究生培养基地推广该项技术，获上银优秀机械博士论文奖银奖（第一名）。

电-液双源主被动高效驱动大惯性回转体原理

液压挖掘机、旋挖钻机、水泥泵车等工程机械，作业中需要控制大惯性上车正反向高频次起制动和精准定位，挖掘机回转作业时间占整个挖掘循环周期的40%以上，浪费掉的制动动能占到整机供能的15%左右。大惯性回转机构高速制动还造成大的速度冲击和机器振动，因此，高效回收利用这部分能量对工程机械实现双碳目标和精准作业意义重大。原创提出主被动复合高效驱动大惯性回转体原理，并发明电-液和液-液双源两种创新构型，以电-液双源为例，大惯性重载回转机构能量回收与驱动系统由一台电动机和液压马达组成，起动过程可以电动机和液压马达协同驱动，匀速过程由电动机驱动，制动过程以液压马达为主结合蓄能器回收系统能量，同时电动机也工作在发电状态，补偿蓄能器压力非线性变化对能量回收效果的影响，能够高效储能、释能，并可高动态短时提供大的驱动扭矩，显著降低电动机驱动大惯性负载所需峰值功率。与纯电动回转系统相比，电液混合驱动系统节能40%。

阀口独立控制电液阀关键技术

多路阀作为液压系统的核心控制元件，普遍用于各类非道路移动装备，决定了整机的操控品质和技术先进性。传统多路阀采用一根阀芯同时控制执行器进回油口，存在控制精度低、小流量控制难、功能单一、智能化难等不足，难以适应主机智能化发展需求。阀口独立控制阀可分别控制两腔流量/压力，具有能耗低、自由度高等优势，代表高端液压元件的发展方向，是工程机械实现智能化和绿色化的基础。国外已小批量装机投放市场，而我国还暂无成熟产品，急需原创的原理构型，避免其成为新的“卡脖子”技术。为此，创新提出三阀芯构型阀口独立控制电液阀构型，在现有多路阀进、回油路设置两个流量放大型比例插装阀，独立控制主方向阀进、出口流量，融合滑阀微动高精度控制、插装阀大流量低压损流量放大控制优势，研发出可编程、流量控制误差小于3%、兼具微动精准和低压损大流量的比例多路阀，并装机应用，打破我国高性能比例多路阀长期被“卡脖子”的困局。进一步提出控测融合思想，控制阀作为流量检测与计量元件，实时监测系统全局流量、功率、能量信息，实现主机装备故障诊断和自主运维。新的原理显著提高了传统多路阀流量控制精度，丰富了其控制功能，并保留了高的可靠性，既能用于电比例多路阀，也适用传统液压先导控制多路阀，为主机装备提供一种通用的系统构型和核心元件，助力数字化、智能化和绿色化发展。

来源：太原理工大学

编辑：郝巧艳

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