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基于正向设计的液压挖掘机控制及节能技术研究与应用

2019年06月04日10:27

    

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    项目简介

    1、项目的重要性和意义、立项背景

    国家“十三五”和中长期发展规划中明确提出把创新设计作为国家创新驱动发展战略的重要组成部分,着力推进和提升企业创新设计能力,加快实现中国制造向中国创造跨越。在液压挖掘机领域,节能高效与智能控制一直是国内外产品竞争的焦点。中国作为全球液压挖掘机产销第一大国,国产品牌市场占有率过半,但自主品牌液压挖在控制及节能等核心零部件和关键技术上突破不够,特别是设计手段及创新能力不足,制约了我国液压挖掘机产业转型升级。

    近几年,徐工集团立足自我,主动出击,不断攻克节能、控制等关键技术,在行业内率先提出“技术领先、用不毁”产品理念,依托正向设计等创新性研发手段的引入,自主开展液压节能系统、自寻优控制技术、热管理控制等技术研究,实现了全新产品开发从跟踪模仿到创新引领。

    2、主要科技内容

    1)自主研发液压节能系统:攻克了低冲击节能型主控阀、斗杆合流降压损控制、电控降溢流控制等核心技术,克服了液压冲击,降低了压力损失,实现了整机节能5.7%以上;

    2)基于重载、多机具的自动控制技术:提出阶梯压力控制技术,建立压力、档位、功率和油耗的数据链,可有效识别重载工况,提升该工况下的设备效率;开发多机具自适应控制技术,通过线性流量控制技术、压力跟随控制方法及实时监控,满足不同机具的作业要求;

    3)基于挖掘性能图谱分析和离散元的工作装置优化技术:基于挖掘性能图谱分析优化工作装置各绞点的位置、四连杆机构的传动比模型,挖掘力衰减速率降低5%以上;采用离散元技术仿真,优化铲斗斗形,减小铲斗内物料与铲斗的阻力作用,降低挖机阻力16%以上;

    4)新型热管理技术:CFD仿真与测试相结合,进行风扇翅片叶数、翅片角度、风扇翅片和导风罩安装距离仿真测试,同等条件下,风扇噪音降低3-5dB,风扇能耗减小3%以上;研究风扇群多参数协同控制技术,改变传统的单一风扇形式,通过在导风罩上并联多个无级变速风扇,组建风扇群,整机油耗降低3%以上,室外噪音降低1dB以上。

    3、技术经济指标

    该项目在液压节能系统、自寻优控制技术、工作装置优化设计、热管理等关键技术研究等方面开展自主技术研究并产业化应用,整机节能5.7%以上,效率提升5%以上,完成从15吨级至70吨级系列液压挖掘机的研发,主要性能指标达到国际先进水平。单台售价从55万到380多万元,边际贡献为32%~45%。

    4、经济效益

    项目成果应用以来,徐工挖掘机在很多区域市场上表现卓越,自2016年投入市场,产品广受市场青睐。截止2017年12月,15吨、70吨产品市场占有率连续三年第一,21吨、47吨产品市场占有率第二,累计销售收入达63亿元。其中,2017年全年,新款D系列15吨至70吨中大型液压挖掘机已累计销售5260台,年收入42.08亿,经济效益显著。

    5、社会效益,及促进行业科技进步作用等

    项目的实施,打破了外资品牌在液压挖掘机关键核心技术的垄断,减少了对外资品牌的依赖,为民族工业的复兴及国家装备制造业的发展作出重要贡献,有力支撑了“中国创新、智能制造”的技术发展,极大推动了我国工程机械行业技术进步。

    同时,该项目提升了徐工在工程机械的知名度,为促进江苏省土石方工程机械产业结构的优化调整具有重要意义,同时带动了本地区相关配套企业的技术进步和产业升级,为促进地区经济发展做出了积极贡献。

    获奖等级:三等奖

    完成单位:徐州徐工挖掘机械有限公司

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