二次调节静液传动新技术研究及应用

二次调节静液传动系统具有能量回收和重新利用的功能，在工程实践中有着广阔的应用前景。二次调节系统在恒压网络工作时压力基本恒定，蓄能器的压力变化范围较小，能量的回收、转换储存和重新利用受到了限制。所以，研究人员提出了两个解决方法：一是让二次调节系统在非恒压网络中工作，从而增大了液压系统的工作压力范围；另一个是在液压系统中采用液压变压器对工作压力进行无级调节。针对恒压网络中压力变化小，限制了能量的回收和再利用等问题，本书提出了非恒压网络二次调节静液传动系统，研究了非恒压网络二次调节静液传动系统的理论基础与关键技术。 
本书对单、双作用叶片式二次元件与液压变压器的结构、参数、应用性能进行了研究，设计了3种双作用叶片式二次元件与液压变压器的电控、液控与机控变量变压方法及装置,2种单作用叶片式二次元件、液压变压器的液控与机控变量变压方法及装置；提出了通过旋转双作用叶片式二次元件、液压变压器的定子，调节定子与配流盘的位置关系，使得由转子、定子、叶片及配流盘构成的2个封闭区域的容积不断变化，从而改变进、排油窗口的位置和大小，引起流量大小和油流方向发生改变，实现变量、变压；提出了通过调节单作用叶片式二次元件、液压变压器定子的位置来控制转子和定子偏心距的大小和方向，使得由定子、转子、叶片及配流盘组成的封闭区域容积的不断变化，引起流量大小和油流方向的改变，实现变量、变压。
此外，本书针对非恒压网络中静液传动系统能量回收与再利用受负载变化影响大的缺点，提出一种新型能量蓄存与释放的控制方法，研究了新型蓄释能装置的结构方案与主要技术参数。针对叶片式二次元件与液压变压器不同负载工况下，可控性受外界干扰影响较大及二次调节静液传动系统的时滞、时变、非线性等不确定因素，设计了二次调节静液传动系统的智能控制策略和两种控制器，应用于公交客车并联式二次调节混合动力传动系统、机器人移动平台二次调节电液驱动系统、挖掘机挖斗二次调节举升装置和立体停车库二次调节液压提升系统中，并对系统性能进行了研究。
本书由山东交通学院臧发业著，旨在通过研究，揭示非恒压网络中二次调节静液传动系统的节能特性，探索了能量回收、转换储存与再利用规律，构建起非恒压网络二次调节静液传动系统的基础理论体系，对开发自主知识产权的叶片式二次元件、液压变压器及其产业化，以及二次调节静液传动技术在工程上的广泛应用具有重大的推动作用。本书具有较强的技术性、应用性和针对性，可供从事机械动力、蓄能等领域的工程技术人员、科研人员参考，也供高等学校机械工程、能源工程及相关专业师生参阅。
限于著者水平和编写时间，书中不足和疏漏之处在所难免，敬请读者批评指正。

著者
2020年4月

臧发业，山东交通学院 工程机械学院，副院长，教授，在二次元件、液压变压器的结构、工作原理、性能，二次调节静液传动技术理论及其在工程机械、公交客车传动系统、立体停车库提升系统中的应用、非线性系统控制等领域进行了大量研究工作。主持、参与自然科学基金项目、交通部应用基础研究项目，山东省自然科学基金、省科技厅发展计划、省重点研发计划等项目10余项。相关研究成果获山东省技术发明二等奖1项，中国公路学会科技进步三等奖1项，山东省机械工业科技进步一等奖1项等。已授权相关发明专利19项、实用新型专利60余项，发表相关学术论文40余篇，被SCI、EI、ISTP收录30余篇，积累了较丰富的有关二次调节静液传动技术及智能控制技术等知识和经验，具有较扎实的研究基础。

本书共6章，主要介绍了二次调节静液传动新技术的基础知识及研究意义，其中重点内容包括非恒压网络传动系统结构及节能机理、能量转换储存关键技术研究、惯性动能的回收与再利用、重力势能的回收与再利用，最后总结了二次调节静液传动新技术研究成果并对未来研究方向进行了展望。
本书具有较强的技术性、实用性和针对性，符合当前节能减排的倡导，可供从事机械动力、蓄能等的工程技术人员、研究人员参考，也可供高等学校机械工程、能源工程及相关专业师生参阅。

第1章绪论/1
1.1本书编写的目的与意义1
1.2二次调节静液传动系统的概述4
1.2.1二次调节静液传动系统的工作原理5
1.2.2二次调节静液传动系统的特点7
1.3二次调节静液传动系统研究现状8
1.3.1能量转换技术（元件）研究现状8
1.3.2能量储存技术的研究现状10
1.3.3能量转换储存控制技术的研究现状14
1.3.4二次调节静液传动系统应用性能的研究现状17
1.4研究内容20

第2章非恒压网络传动系统结构及节能机理/22
2.1二次调节静液传动系统结构23
2.1.1恒压网络二次调节静液传动系统结构23
2.1.2非恒压网络二次调节静液传动系统结构23
2.1.3恒压网络与非恒压网络传动系统的比较24
2.2二次调节静液传动系统的节能机理25
2.3本章小结27

第3章能量转换储存新技术研究/28
3.1新型能量转换技术29
3.1.1叶片式二次元件29
3.1.2叶片式液压变压器35
3.1.3变量变压装置41
3.1.4叶片式二次元件性能研究45
3.2新型能量储存技术47
3.2.1蓄释能装置结构及工作原理48
3.2.2蓄释能装置主要技术参数50
3.2.3蓄释能装置性能研究51
3.3新型能量转换储存控制技术52
3.3.1控制方法的选择53
3.3.2智能复合控制53
3.3.3Hamiltonian泛函法的H∞控制57
3.3.4基于观察器的Hamiltonian泛函法H∞控制65
3.4本章小结75

第4章惯性动能的回收与再利用/76
4.1在公交客车混合动力传动系统中的应用76
4.1.1公交客车并联式二次调节混合动力传动系统76
4.1.2混合动力传动系统控制策略78
4.1.3主要元件与参数匹配选择80
4.1.4混合动力传动系统建模85
4.1.5混合动力传动系统性能仿真94
4.1.6混合动力传动系统性能试验103
4.1.7二次调节混合动力公交客车样车实验112
4.2在机器人移动平台上的应用117
4.2.1机器人移动平台二次调节电液驱动系统117
4.2.2电液驱动系统的数学模型121
4.2.3电液驱动系统的性能仿真121
4.3本章小结123

第5章重力势能的回收与再利用/125
5.1在挖掘机挖斗举升装置上的应用125
5.1.1二次调节液压举升装置的结构与节能机理126
5.1.2二次调节液压举升装置建模127
5.1.3二次调节液压举升装置性能仿真131
5.2在立体停车库提升系统上的应用133
5.2.1二次调节液压提升系统的结构与节能机理134
5.2.2二次调节液压提升系统建模136
5.2.3二次调节液压提升装置性能仿真141
5.3本章小结145

第6章总结与展望/146
6.1主要研究工作和结论146
6.2创新点149
6.3研究展望150

附录/151
附录1汽车燃料消耗量试验方法151
附录2客车定型试验规程(GB/T 13043—2006)178

参考文献191