基于AMESim的林业采伐头俯仰液压缸的能量回收系统设计

Design of Energy Recovery System for Forestry Logging Head Pitch Hydraulic Cylinder Based on AMESim

摘要

林业采伐头在液压缸下沉过程中，重力势能通过控制阀的节流作用转化为热能而耗散，并且系统非工作状态下液压泵的无负载空转也造成能源浪费，导致显著的能量损失。针对以上问题，提出基于AMESim（advanced modleing engineering simulation）的林业采伐头俯仰液压缸的能量回收系统，该系统通过高、低压蓄能器与负载敏感泵的配合对采伐头俯仰液压缸的重力势能及空载时动能进行回收再利用，以减少系统能耗。试验结果显示，在一个工作周期内，负载敏感泵与常规定量泵在相同工作周期内的能量输出比原系统减少了32.04%，在高、低压蓄能器的作用下，液压缸活塞杆的移动速度振荡得到了有效减缓，降低了采伐作业中的油缸冲击，且一个工作周期内实现了51.402 kJ的能量回收，显著优化了系统的节能性能。

Abstract

During the hydraulic cylinder lowering process of forestry logging heads， a large amount of gravitational potential energy is converted into thermal energy through the throttling effect of the control valve， which is dissipated. In addition， the no-load idle operation of the hydraulic pump in the non working state of the system also causes energy waste， leading to significant energy loss. In response to the above issues， this article proposes an energy recovery system for the forestry logging head pitch hydraulic cylinder based on AMESim. The system recovers and reuses the gravitational potential energy and kinetic energy of the logging head pitch hydraulic cylinder under no-load conditions through the combination of high and low pressure accumulators and load sensitive pumps， in order to reduce system energy consumption. The experimental results show that within one working cycle， the energy output of the load sensitive pump and the conventional quantitative pump in the same working cycle is reduced by 32.04% compared to the original system. Under the action of high and low pressure accumulators， the movement speed oscillation of the hydraulic cylinder piston rod is effectively slowed down， reducing the impact of the oil cylinder during logging operations. In addition， an energy recovery of 51.402 kJ is achieved within one working cycle， significantly optimizing the energy-saving performance of the system.

Graphical abstract

关键词

林业采伐头 / 势能回收 / 液压蓄能器 / AMESim / 液压油缸 / 负载敏感泵

Key words

Forestry logging head / potential energy recovery / hydraulic accumulator / AMESim / hydraulic cylinder / load sensitive pump

0 引言

液压系统因其功重比高、输出力强，广泛应用于液压挖掘机、林业采伐机和航空飞机等重大装备当中^［1-2］。然而，其能效低下的问题已成为一个普遍存在的挑战。据研究表明，液压系统平均能效仅为22%^［3］，其中大部分能量被转化为热能而被耗散，造成了严重的能量浪费。特别是在林业采伐过程中，液压系统的能效问题更为突出^［4］。在广西进行采伐测试时发现，采伐头液压系统经常出现过热问题，尤其是在南方炎热潮湿的环境下，液压系统的热量积累严重，导致油温升高，从而降低了系统的性能，甚至导致采伐作业的中断。随着我国提出“双碳”目标，如何提高工程机械的能效已成为亟待解决的重要问题^［5-7］。林业采伐头具有自重大、俯仰频次高和运行周期短的特点，且林业采伐头采用多路阀控制，造成液压缸下沉过程中大量重力势能经控制阀阀口节流作用转化为热能耗散。因此回收和利用液压缸下沉过程中的重力势能是解决采伐头能耗的关键一环。目前，林业采伐头重力势能回收大致可以分为直接回收和间接回收2种类型^［8-9］。

直接回收^［10］是采用蓄能器在液压缸下沉时将能量回收后存储在蓄能器中，再利用时，蓄能器内的高压油液直接释放到液压泵的入口，这个过程可以吸收多余的液压冲击，消除脉动^［11］。但由于蓄能器内的压力不稳定，会对液压油缸的运动产生较大影响。如果蓄能器压力偏低，将会出现节流损失。而当蓄能器内压力过高时，偶尔会出现过平衡现象^［12］。

间接回收是使用独立的平衡结构进行能量回收^［13］。如使用独立平衡液压缸进行回收，配置了平衡结构后，能量回收和释放相对独立，可以减少能量转化次数，提高效率^［14-15］。但对采伐头体积较重型机械臂来说体积偏小，配置独立的平衡结构容易影响正常的伐木工作，此类方案运用较少^［16-17］。

综上所述，在重力势能回收方面仍存在许多不足，加之在采伐头作业工程中，负载变化较大，空载情况偏多^［18］。本研究提出一套动能以及负载势能的回收系统，通过高、低压蓄能器与负载敏感泵的配合对采伐头俯仰液压缸的重力势能及空载时动能进行回收再利用，以减少系统能耗。

1 原系统运动学模型建立

林业采伐头结构简图如图1所示。伐木工作装置主要分为本体和框架2部分，俯仰液压缸用于控制本体与框架相对位置，主要在伐木阶段呈竖直状态，立木伐倒之后进行的打枝造材作业时将本体置于水平状态，相对位置如图2所示。

针对其俯仰液压缸频繁工作，对其不同工况状态进行分析。在SolidWorks中给出相对应元件的密度，然后进行质量评估，得到其重心的位置变换，建立采伐头俯仰系统的结构简图如图3所示。

图3中，O为吊臂与采伐头主体的转动轴心，A为液压缸与采伐头主体的下铰接点，B为液压缸与采伐头主体的上铰接点，G为采伐头的重心，H为采伐头重心到转动轴心的距离。状态1为液压缸完全收缩，状态2为采伐头重心到达较转动轴心的最低点，状态3为采伐头重心到达较转动轴心的最高点。以此建立运动学方程获取液压缸的实时姿态，以达到更好控制液压缸的效果，为此需得到OA与x轴右半轴的夹角\beta。

\left\{\begin{array}{l}\beta =\mathrm{180}°-\alpha -\mathrm{\angle }AOB\\ \mathrm{\angle }AOB=\mathrm{c}\mathrm{o}{\mathrm{s}}^{-\mathrm{1}}\frac{L_{\mathrm{2}}+L_{\mathrm{1}}-L}{\mathrm{2}{L}_{\mathrm{2}}·L_{\mathrm{1}}}\end{array}\right.。（1）

式中:\alpha为OB与x轴左半轴的夹角，为定值约为\mathrm{8}°；L₁为OB长度的定值，约为363.45 mm；L₂为OA长度的定值，约为72.07 mm。联立AB为液压缸伸出长度L可求得\mathrm{\angle }AOB以获取其位姿。

ε为H_{\mathrm{2}}与y轴下半轴的夹角，\theta为H_{\mathrm{3}}与y轴下半轴的夹角。结合三角函数得到其重力势能的变化为

E_{\mathrm{p}}=mg(\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\epsilon -\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\theta )。（2）

液压缸上升过程中，系统的能耗

E_{\mathrm{u}\mathrm{p}}=E_{\mathrm{i}\mathrm{n}}+E_{\mathrm{o}\mathrm{u}\mathrm{t}}+E_{\mathrm{N}}。（3）

式中：E_{\mathrm{N}}为动臂上升需要的能量；E_{\mathrm{i}\mathrm{n}}为液压缸进油阀口能量损失；E_{\mathrm{o}\mathrm{u}\mathrm{t}}为液压缸回油阀口能量损失；俯仰液压缸进油阀口损失

E_{\mathrm{i}\mathrm{n}}=\int \Delta p{q}_{\mathrm{A}}\mathrm{d}t=\int \Delta p{A}_{\mathrm{A}}v\mathrm{d}t。（4）

式中：\Delta p为液压缸进油路阀口压差；q_{\mathrm{A}}为液压缸无杆腔流量；A_{\mathrm{A}}为液压缸无杆腔面积；v为液压缸活塞杆运行速度。

为控制伐木头平稳工作，俯仰液压缸会保持一定的压力，将通过回油阀口节流作用转化为热能消耗掉，这部分回油阀口损失^［19］

E_{\mathrm{o}\mathrm{u}\mathrm{t}}=\int p_{\mathrm{B}}{q}_{\mathrm{B}}\mathrm{d}t。（5）

式中：p_B、q_B、A_B分别为液压缸有杆腔的压力、流量和面积。

同理俯仰液压缸下降时系统的能耗

E_{\mathrm{d}\mathrm{o}\mathrm{w}\mathrm{n}}=E_{\mathrm{o}\mathrm{u}\mathrm{t}}+E_{\mathrm{i}\mathrm{n}}-E_{\mathrm{N}}。（6）

回油阀口损失

E_{\mathrm{o}\mathrm{u}\mathrm{t}}=\int p_{\mathrm{A}}{A}_{\mathrm{A}}v\mathrm{d}t。（7）

进油阀口损失

E_{\mathrm{i}\mathrm{n}}=\int A_{\mathrm{B}}+A_{\mathrm{B}}^{\mathrm{\text{'}}}\mathrm{\Delta }pv\mathrm{d}t。（8）

2 节能系统工作原理

图4为蓄能器回收动势能的原理图，该系统可分为驱动回路和储能回路2个部分。其驱动回路取代了原有的定量泵，采用负载敏感泵，在保证系统正常工作的前提下，最大程度上减少能耗损失。储能回路则是新增2个高低压蓄能器，蓄能器被用来存储和释放液压能量。高压蓄能器通常具有较高的储能密度和快速响应能力，适合存储大量的能量，但相对容量较小。低压蓄能器则具有较大的容量，适合存储较小的能量，但响应速度相对较慢。通过同时使用高压和低压蓄能器，液压节能系统可以更好地满足不同工况下的能量回收需求。在高负载或高动态负载情况下，高压蓄能器可以提供快速响应和大量的能量释放，以满足系统工作及重力势能回收的需求。而低压蓄能器则给系统提供辅助动力，保障系统的平稳性，提高采伐头的使用寿命。

采伐头仰阶段，液压泵输出的油液进入俯仰液压缸的无杆腔，高压蓄能器中储存的液压能经储能回路也进入俯仰液压缸的无杆腔并转化为机械能，协同俯仰液压缸工作，存储在高压蓄能器中的液压能转化为重力势能，实现了能量的再利用。采伐头俯阶段，液压泵输出的油液俯仰液压缸的有杆腔，采伐头的重力及有杆腔压力共同作用使俯仰液压缸下降，采伐头的重力势能经储能回路转换液压能，直接储存在蓄能器中，实现了重力势能的回收。当采伐头不工作时，液压泵输出的油液直接进入低压蓄能器当中，实现空载时动能回收。

2.1 换向阀数学模型

三位四通换向阀是一种液压控制元件，具有3个工作位置和4个油口，通常包括2个进油口和2个出油口。这些油口分别用P（进油口）、O（出油口）和A、B（通向执行元件的输出口）表示。换向阀简图如图5所示。

换向阀各阀口流量为

\left\{\begin{array}{l}{Q}_{\mathrm{B}\mathrm{O}}=C_{\mathrm{d}}{A}_{\mathrm{B}\mathrm{O}}\sqrt[]{\frac{\mathrm{2}(p_{\mathrm{B}}-p_{\mathrm{O}})}{\rho }}\\ Q_{\mathrm{P}\mathrm{B}}=C_{\mathrm{d}}{A}_{\mathrm{P}\mathrm{B}}\sqrt[]{\frac{\mathrm{2}(p_{\mathrm{P}}-p_{\mathrm{B}})}{\rho }}\\ Q_{\mathrm{P}\mathrm{A}}=C_{\mathrm{d}}{A}_{\mathrm{P}\mathrm{A}}\sqrt[]{\frac{\mathrm{2}(p_{\mathrm{P}}-p_{\mathrm{A}})}{\rho }}\\ Q_{\mathrm{A}\mathrm{O}}=C_{\mathrm{d}}{A}_{\mathrm{A}\mathrm{O}}\sqrt[]{\frac{\mathrm{2}(p_A-p_{\mathrm{O}})}{\rho }}\end{array}\right.。（9）

式中：C_{\mathrm{d}}为换向阀阀口的流量系统；Q_{\mathrm{B}\mathrm{O}}为通过阀口\mathrm{B}和\mathrm{O}的流量；Q_{\mathrm{P}\mathrm{B}}为通过阀口\mathrm{P}和\mathrm{B}的流量；Q_{\mathrm{P}\mathrm{A}}为通过阀口\mathrm{P}和\mathrm{A}的流量；Q_{\mathrm{A}\mathrm{O}}为通过阀口\mathrm{A}和\mathrm{P}的流量。

换向阀阀芯的运动采用二阶动态方程

m\ddot{x}+c\dot{x}+kx=\sum F_i。（10）

式中：m为阀芯的质量；c为阀芯运动的阻尼系数，包括内部摩擦和流体动力阻尼；k为阀芯的弹簧刚度或机械刚度（如果阀芯受弹簧力作用）；x为阀芯的位移；\ddot{x}为阀芯的加速度；\dot{x}为阀芯的速度；\sum F_i为作用连阀芯上的所有外力之和，这可能包括由于压力差产生的力、电磁力和弹簧力等。

2.2 俯仰液压缸数学模型

林业采伐头俯仰液压缸采用双作用液压缸，双作用液压缸内泄漏流量为液压缸活塞两端压力差的线性函数，其公式为

Q_{\mathrm{p}}=c_{\mathrm{n}}(p_{\mathrm{c}\mathrm{1}}-p_{\mathrm{c}\mathrm{2}})。（11）

式中：Q_{\mathrm{p}}为液压缸内泄漏流量；c_{\mathrm{n}}为液压缸内泄漏系数，m³·Pa/s；p_{\mathrm{c}\mathrm{1}}\mathrm{、}{p}_{\mathrm{c}\mathrm{2}}为液压缸无杆腔和有杆腔压力,\mathrm{P}\mathrm{a}。

液压缸两腔的体积分别为

\left\{\begin{array}{l}{V}_{\mathrm{1}}=V_{\mathrm{L}\mathrm{1}}{A}_{\mathrm{1}}(S-X)\\ V_{\mathrm{2}}=V_{\mathrm{L}\mathrm{2}}+X_{\mathrm{A}\mathrm{2}}\end{array}\right.。（12）

式中：V_{\mathrm{1}}\mathrm{、}{V}_{\mathrm{2}}为液压缸无杆腔和有杆腔的体积，{\mathrm{m}}^{\mathrm{3}}； S为液压缸活塞行程,\mathrm{m}；X为液压缸未伸出部分长度,\mathrm{m}；V_{\mathrm{L}\mathrm{1}}\mathrm{、}{V}_{\mathrm{L}\mathrm{2}}为液压缸进出油口与其他液压元件连接管道中的油液体积,{\mathrm{m}}^{\mathrm{3}}；A_{\mathrm{1}}\mathrm{、}{A}_{\mathrm{2}}为液压缸无杆腔和有杆腔的有效工作面积,{\mathrm{m}}^{\mathrm{2}}。

流体连续方程为

\left\{\begin{array}{l}{Q}_{\mathrm{c}\mathrm{1}}-Q_{\mathrm{n}}-\frac{{\mathrm{d}}_{\mathrm{V}\mathrm{1}}}{\mathrm{d}t}=\frac{V_{\mathrm{1}}}{{\beta }_{\epsilon }}·\frac{\mathrm{d}{p}_{\mathrm{c}\mathrm{1}}}{\mathrm{d}t}\\ Q_{\mathrm{c}\mathrm{2}}-Q_{\mathrm{n}}-\frac{{\mathrm{d}}_{\mathrm{V}\mathrm{2}}}{\mathrm{d}t}=\frac{V_{\mathrm{2}}}{{\beta }_{\epsilon }}·\frac{\mathrm{d}{p}_{\mathrm{c}\mathrm{2}}}{\mathrm{d}t}\end{array}\right.。（13）

式中：Q_{\mathrm{c}\mathrm{1}}\mathrm{、}{Q}_{\mathrm{c}\mathrm{2}}为液压缸无杆腔和有杆腔流量，{\mathrm{m}}^{\mathrm{3}}/\mathrm{s}；{\beta }_{\epsilon }为液压油体积弹性模量，Pa。

液压缸受力平衡方程为

F+(p_{\mathrm{c}\mathrm{2}}{A}_{\mathrm{2}}-p_{\mathrm{c}\mathrm{1}}{A}_{\mathrm{1}}){\eta }_{\mathrm{m}}-b_{\mathrm{c}}X\text{'}-F_{\mathrm{f}}=MX″。（14）

式中：F为液压缸活塞杆的输出力,\mathrm{N}；M为液压缸活塞杆质量,\mathrm{k}\mathrm{g}；F_{\mathrm{f}}为液压缸活塞的摩擦力,\mathrm{N}；b_{\mathrm{c}}为液压缸活塞及负载的黏性阻尼系数，N·s/m；{\eta }_{\mathrm{m}}为液压缸总效率。

2.3 液压泵数学模型

在不考虑油液压缩性和管路泄漏的前提下，液压泵输出能量方程式为

\left\{\begin{array}{l}{E}_{\mathrm{b}}={\int }_{\mathrm{0}}^t{p}_{\mathrm{b}}{Q}_{\mathrm{b}}\mathrm{d}t\\ P_{\mathrm{i}}=p_{\mathrm{i}}{Q}_{\mathrm{i}}\end{array}\right.。（15）

式中：E_{\mathrm{b}}为液压泵输出总能量,\mathrm{k}\mathrm{J}；p_{\mathrm{b}}为液压泵出口压力,\mathrm{P}\mathrm{a}；Q_{\mathrm{b}}为液压泵输出流量,{\mathrm{m}}^{\mathrm{3}}/\mathrm{s}；P_{\mathrm{i}}为液压泵向各液压执行元件输入的功率,\mathrm{k}\mathrm{W}；p_{\mathrm{i}}为各液压执行元件进口压力，Pa；Q_{\mathrm{i}}为液压泵向各液压执行元件输入的流量，{\mathrm{m}}^{\mathrm{3}}/\mathrm{s}；t为液压执行元件工作时间,\mathrm{s}。

2.4 蓄能器数学模型

液压蓄能器中各工作压力满足Boyle定律

p_{\mathrm{0}}{V}_{\mathrm{0}}^n=p_{\mathrm{1}}{V}_{\mathrm{1}}^n=p_{\mathrm{2}}{V}_{\mathrm{2}}^n=p_{\mathrm{C}}{V}_{\mathrm{C}}^n=\mathrm{C}\mathrm{o}\mathrm{n}\mathrm{s}\mathrm{t}\mathrm{a}\mathrm{n}\mathrm{t}。（16）

式中：V_{\mathrm{0}}为液压蓄能器的额定体积；V_{\mathrm{1}}为液压蓄能器的最大工作体积；V_{\mathrm{2}}为液压蓄能器的最小工作体积；p_{\mathrm{0}}\mathrm{、}{p}_{\mathrm{1}}\mathrm{、}{p}_{\mathrm{2}}分别为对应状态下的蓄能器的工作压力；n为气体多变指数，动臂升降的过程通常用时很短，此过程中蓄能器可视为绝热过程，故n取1.4。

蓄能器内气体体积由V_{\mathrm{2}}变化为V_{\mathrm{1}}时，其压力由p_{\mathrm{1}}变化为p_{\mathrm{2}}，可推导得到这个过程中液压蓄能器的液压能变化量为

E_{\mathrm{A}\mathrm{c}\mathrm{c}}=-{\int }_{V_{\mathrm{2}}}^{V_{\mathrm{1}}} p\mathrm{d}V=\frac{p_{\mathrm{0}}{V}_{\mathrm{0}}}{\mathrm{1}-n}\left[{\left(\frac{V_{\mathrm{1}}}{V_{\mathrm{0}}}\right)}^{\mathrm{1}-n}-{\left(\frac{V_{\mathrm{2}}}{V_{\mathrm{0}}}\right)}^{\mathrm{1}-n}\right]。（17）

3 优化仿真研究

根据节能系统的工作原理及系统数学模型，将CAD中建立的节能回路原理图导入到AMESim中，在AMESim软件搭建出原俯仰液压缸系统模型与新系统模型如图6所示。

为确保仿真模型的准确性，使整个过程中仿真与试验的响应时间基本吻合，能够反映真实的工作特性。对原俯仰液压缸系统的运行特性进行了试验和数据采集。在规定工作时间内对采伐头样机俯仰液压回路进行流量、压力监测，如图7所示。

采集到控制阀不同开度情况下随时间变换的压力、流量曲线，如图8所示。

根据采集的数据分析，对其仿真模型中的参数进行设置，主液压泵排量为52 L/min，俯仰液缸行程为134 mm，缸径为50 mm，杆径为25 mm，双侧合计推力为50 265 N，采伐头空负载质量约为850 kg。以典型工况负载为40 000 N时来进行俯仰液压缸的运动仿真。为了保证蓄能器的高效工作状态，蓄能器的最高工作压力p₁和最低工作压力p₂满足：p₂/p₁=0.308，其充气压力p₀，按照0.25p₁<p₀<0.9p₂来确定，根据液压缸有负载时最高压力约为25 MPa，无负载时最高压力约为15 MPa，以及蓄能器的特性等考虑，选取高压蓄能器参与有负载时工作参数为：p₀=6.5 MPa，p₁=25 MPa，p₂=7.7 MPa，蓄能器的容积为V₀=10 L；选取低压蓄能器参与无负载时工作参数为：p₀=4 MPa，p₁=15 MPa，p₂=4.62 MPa，蓄能器的容积为V₀=10 L。要保证高压蓄能器能够顺利回收到俯下过程中重力势能的同时，多余的液压油能够顺利地回到油箱，需要给节能回路中的溢流阀设置合适的开启压力。当设置压力过低时高压蓄能器无法正常回收重力势能，当设置压力过高时，系统则会出现俯下过程受阻，无法完成指定动作，最后经过测试开启压力定为18 MPa，并设置仿真时间为10 s，总共完成4次俯仰动作，分别对关键液压元件的压力及流量情况与原液压系统进行分析对比。

由图9可知，曲线分别表示原系统和新系统的活塞杆运动速度变化。当有负载时，活塞杆上移速度震荡强烈，容易造成伐木头的冲击影响使用，所以引入了低压蓄能器，震荡幅度有了明显改善，但因低压蓄能器存在充、放压的过程，所以造成了速度变换的滞后。其滞后时间在0.5 s以内，在实际的实践工程中影响较小，属于可以接受范围。

在一个作业周期内，0~10 s，液压缸完成4次 俯仰动作，其压力与流量变化曲线如图10所示，因为搭载负载敏感系统，相比原系统中的定量泵，压力与流量都随工作状态的变化而变化，在0~10 s其输出能量为118.15 kJ，相比传统定量泵的能耗（173.87 kJ）节省55.72 kJ。

其高压蓄能器压力、流量变化如图11所示，将10 s分为4个俯仰周期，0~2 s回收能量11.317 kJ，释放能量31.334 kJ；2~4 s回收能量13.993 kJ，释放能量21.175 kJ；4~6 s回收能量13.273 kJ，释放能量16.426 kJ；6~8 s回收能量12.819 kJ，释放能量13.902 kJ；8~10 s系统未工作，此时蓄能器能耗损失为7.205 kJ。

低压蓄能器其压力、流量变化如图12所示，将10 s分为4个俯仰周期，0~2 s回收能量6.739 kJ，释放能量19.884 kJ；2~4 s回收能量5.431 kJ，释放能量13.592\mathrm{k}\mathrm{J}；4~6 s回收能量4.542 kJ，释放能量10.384 kJ；6~8 s回收能量3.929 kJ，释放能量8.353 kJ；8~10 s系统未工作，此时蓄能器能耗损失为15.792 kJ。

高压蓄能器在液压缸俯下阶段完成充液，回收系统的重力势能达51.402\mathrm{k}\mathrm{J}，低压蓄能器回收来自液压泵的动能达20.641\mathrm{k}\mathrm{J}，消除系统产生的振荡，负载敏感泵实时控制出口压力和流量确保系统正常运行。

5 结论

针对采伐头俯仰液压缸在重力势能回收方面的不足，以及采伐头作业工程中，负载变化较大，空载情况偏多的情况。新系统采用负载敏感系统，并搭载高、低压蓄能器，负责回收系统的多余动能以及重力势能，在相同工作周期内：

1）新系统采用负载敏感泵，相较于原系统的定量泵输出能量减少了32.04%，有效解决了系统运行过程中大量能量浪费的问题。

2）俯仰过程中，系统在低压蓄能器的辅助工作下，液压缸活塞杆移动速度振荡减缓，减少了采伐作业中的油缸冲击影响，提高系统的平稳性。高压蓄能器则在溢流阀的作业下保障了系统的正常运行以及整体的动势能回收，一个周期内回收能量达51.402 \mathrm{k}\mathrm{J}，优化了系统的节能情况。

参考文献

[1] HE X， XIAO G， HU B，et al.The applications of energy regeneration and conversion technologies based on hydraulic transmission systems：A review［J］.Energy Conversion and Management，2020，205：112413.

[2] 王志超，杨然兵，陈栋泉，基于二阶欠阻尼阶跃响应的收获机割台液压缸选型分析［J］.农机化研究，2024，46（3）：21-29.

[3] WANG Z C， YANG R B， CHEN D Q，et al.Selection analysis of hydraulic cylinder of harvester header based on second-order underdamped step response［J］.Agricultural Mechanization Research，2024，46（3）：21-29.

[4] 梁涛，张晓刚，权龙，泵阀双源协同驱动多执行器系统特性研究［J］.西安交通大学学报，2022，56（3）：1-11.

[5] LIANG T， ZHANG X G， QUAN L，et al.Characteristics of pump and valve dual-source collaborative driving multi-actuator system［J］.Journal of Xi'an Jiaotong University，2022，56（3）：1-11

[6] 蒲帅，刘晋浩.林木采伐头的发展历程及现状研究［J］.机械工程与自动化，2016（1）：219-221.

[7] PU S， LIU J H.Development process and current situation of forestry harvester head［J］.Mechanical Engineering & Automation，2016（1）：219-221

[8] 江英兰，梁荣庆，坎杂，番茄收获机果秧分离装置液压系统能耗分析［J］.农机化研究，2012，34（6）：51-54.

[9] JIANG Y L， LIANG R Q， KAN Z，et al.The energy consumption analysis of the tomato harvester separation device hydraulic system［J］.Journal of Agricultural Mechanization Research，2012，34（6）：51-54.

[10] 梁涛，权龙，葛磊，基于电液储能调控的多执行器载荷差异均衡系统特性研究［J］.机械工程学报，2023，59（18）：337-348.

[11] LIANG T， QUAN L， GE L，et al.Research on characteristics of multi-actuator load difference equalization system based on electro-hydraulic energy storage and regulation［J］.Journal of Mechanical Engineering，2023，59（18）：337-348

[12] YING X Y， CUONG T D， BIFENG Y，et al.Improvement of energy saving for hybrid hydraulic excavator with novel powertrain［J］.International Journal of Precision Engineering and Manufacturing-Green Technology，2022，10（2）：521-534.

[13] 瞿炜炜，周连佺，杨成，气液溶解式液压储能技术的储能密度研究［J］.液压与气动，2023，47（5）：77-84.

[14] QU W W， ZHOU L Q， YANG C，et al.Research on energy storage density of gas-liquid dissolved hydraulic energy storage technology［J］.Chinese Hydraulic & Pneumatic，2023，47（5）：77-84

[15] 瞿炜炜，周连佺，张楚，液压储能技术的研究现状及展望［J］.液压与气动，2022，46（6）：93-100.

[16] QU W W， ZHOU L Q， ZHANG C，et al.Research status and prospect of hydraulic energy storage technology［J］.Chinese Hydraulic & Pneumatic，2022，46（6）：93-100

[17] 李建松.液压挖掘机飞轮储能式动臂能量回收系统研究［D］.徐州：中国矿业大学，2022.

[18] LI J S.Research on energy recovery system of hydraulic excavator flywheel energy storage boom ［D］.Xuzhou：China University of Mining and Technology，2022.

[19] 董蒙，栾希亭，梁俊龙，气囊式蓄能器吸收脉动的动态特性分析［J］.液压与气动，2019（5）：109-116.

[20] DONG M， LUAN X T， LIANG J L，et al.Dynamic characteristics analysis of of absorbing pulsation for bladder accumulator［J］.Chinese Hydraulic & Pneumatic，2019（5）：109-116.

[21] 王伟平，陆顺.大型液压挖掘机双通道势能回收及负载平衡方法研究［J/OL］.工程科学与技术：1-13［2024- 04-09］.

[22] WANG W P， LU S.Research on dual channel potential energy recovery and load balancing method for large hydraulic excavators［J/OL］.Engineering Science and Technology：1-13［2024- 04-09］.

[23] 张树忠，张雪峰，刘意，直驱泵控三腔液压缸挖掘机动臂节能研究［J］.液压与气动，2023，47（10）：110-118.

[24] ZHANG S Z， ZHANG X F， LIU Y，et al.Energy saving of direct-driven pump-controlled three-chamber cylinder system for excavator boom［J］.Chinese Hydraulic & Pneumatic，2023，47（10）：110-118.

[25] NING C， CHAO Z， LI H，et al.Control performance and energy-saving potential analysis of a hydraulic hybrid luffing system for a bergepanzer［J］.IEEE Access，2018，6：34555-34566.

[26] 刘涛，韩炎，孙仁福，数字型液压变压器动态特性研究［J］.中国机械工程，2021，32（4）：284-289.

[27] LIU T， HAN Y， SUN R F，et al.Study on dynamic characteristics of digital hydraulic transformers［J］.China Mechanical Engineering，2021，32（4）：284-289.

[28] LIANG X， VIRVALO T.An energy recovery system for a hydraulic crane［J］.Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers，Part C.Journal of Mechanical Engineering Science，2015，210（6）：737-744.

[29] 夏连鹏，权龙，杨敬，液压挖掘机动臂自重液-气储能平衡方法研究［J］.机械工程学报，2018，54（20）：197-205.

[30] XIA L P， QUAN L， YANG J，et al.Research on the method of hydraulic-gas energy storage balancing hydraulic excavator boom weight［J］.Journal of Mechanical Engineering，2018，54（20）：197-205.

[31] HANNA H， KALLE K， ASKO P，et al.Fuel consumption，greenhouse gas emissions，and energy efficiency of wood-harvesting operations：a case study of stora enso in Finland［J］.Croatian Journal of Forest Engineering，2022，43（1）：79-97.

[32] 晋超，权龙，夏连鹏，储能液压缸协同驱动重型机械臂系统研究与优化［J］.中国机械工程，2022，33（11）：1287-1293，1301.

[33] JIN C， QUAN L， XIA L P，et al.Study and optimization of energy storage hydraulic cylinders synergistically driving heavy manipulator systems［J］.China Mechanical Engineering，2022，33（11）：1287-1293，1301.

基金资助

国家自然科学基金(31670719)