具有大惯性和变转动惯量负载特点的转台制动动能回收技术

挖掘机回转系统的工况特点如下。

1）回转体惯量大且随转台姿态和铲斗物料量不同而存在较大波动。挖掘机用于斜坡作业和吊装重物时，强调回转速度的平稳性以及与操作信号的一致性，而并不是快速性和控制精度。挖掘机转台除了惯量大的特点之外，还是一个变惯量系统，因为挖掘机作业装置姿势和铲斗内物料量不同会使转台惯量变化。斜坡作业时，转台重力在斜坡的分量对回转系统产生较大的干扰力矩。在斜坡作业和吊装重物时，这些因素会影响操作感，相同的操作信号下，由于转动惯量不同会有不同的加减速感。在斜坡作业时，斜坡向上回转转速变慢，而斜坡向下时又会使回转加速太快，有可能造成危险；还有吊装作业时，即使在平地上操作，当操作手柄被大幅度操作或快速操作时，驱动力矩会急剧上升而使得转台较快加速，这样容易造成较大的冲击而使所吊重物左右晃动，因此对于这种工况的控制应该减弱或消除转动惯量和外部干扰对转台转速的影响。

2）回转控制要求随工况不同而变化。装载作业时，要求起制动响应快，加速段、匀速段和制动段过渡平稳；吊装等精细作业时，要求回转速度慢，起制动过程速度变化平缓；侧壁掘削修整作业时，要求能通过操作手柄控制铲斗与侧边之间的回转力。(www.xing528.com)

常规的转台制动能量回收方案主要是电气式和液压式回收方案。蓄电池不能瞬间储存大功率的可回收能量，采用超级电容可以满足瞬时功率的要求，因此电动机代替液压马达直接驱动转台必须结合超级电容才能满足转台在加速和制动过程中对瞬时功率的要求，但是该方案在侧壁掘削修正作业时，电动机的转速较低甚至近似为零，而输出转矩较大，电动机工作在近似零转速大转矩工况，虽然电动机的输出功率近似为零，但仍然消耗了大量的能量，而采用液压马达+液压蓄能器的方案则能很好地解决转台的近零转速大转矩工况，且成本远低于超级电容；但采用液压蓄能器式回收同样也存在不足之处：由于液压系统自身为一个强非线性的系统，难以通过液压蓄能器-液压泵/马达精确控制转台的速度，在转台制动和起动瞬间存在一个较大的冲击。

因此结合电驱动方案和液压驱动方案的优势提出一种既可以保证转台的加速和制动过程的瞬时功率，又可保证转台转速的良好可控性，同时还能解决转台近零转速的能量消耗问题且经济性较好，是转台驱动的关键技术。