液压系统广泛应用于大功率移动装备和工业装备,是国民经济发展中不可或缺的重要支撑技术。仅我国工程机械行业的年销售收入就已突破7600亿元人民币,位居世界首位。由于液压系统工作时存在节流损失和溢流损失,以及元件的摩擦和泄漏损失,导致系统平均能量效率仅25%左右,能量损失大,产热量高,油液温升明显。而高温会对油液特性、系统泄漏和密封件寿命等产生不利影响,显著影响液压系统的运行和能量特性,以及安全性和可靠性。为将油温控制在合理范围内,通常需要为液压驱动装备配备冷却系统。然而,冷却系统能量消耗大,可占整机能耗的5%以上。液压系统传统冷却方式通常以消耗能量为代价,将液压系统内部热量转移至环境中耗散,在此过程中造成可用能和热能的双重浪费。为此,提出有机朗肯循环（Organic Rankine Cycle,ORC）方法回收利用液压系统余热,通过消除冷却耗能和热-功转化,提高系统综合能效。围绕有机朗肯循环回收利用液压系统余热的相关技术问题,利用理论、仿真和试验等研究手段,从液压驱动装备热特性、余热回收系统特性、以及液压驱动装备与余热回收联合系统耦合特性等三方面开展研究工作,主要研究内容如下:液压驱动装备能量系统表征方法研究。在解析能量系统热力学分析方法基本原理的基础上,将液压余热作为热（火用）纳入液压驱动装备能量系统,在能量平衡分析模型的基础上,补充（火用）平衡分析和能级平衡分析模型,完善了液压驱动装备能量系统表征方法。以典型液压驱动装备液压挖掘机为对象,利用完善的能量系统表征方法对其进行建模和分析,以合理用能和能级匹配为目标,提出了液压系统余热回收方案,并从理论上分析了所提方案的可行性和有益效果。数据与机理混合驱动的液压系统热特性研究。针对液压驱动装备热特性测试难度大、机理模型精确度不高的问题,提出数据与机理混合驱动的液压系统热特性建模方法。根据液压系统热特性建模理论,结合试验测试数据和系统工作机理,分别利用功率损失法和控制体方法,建立了260吨超大型液压挖掘机和液压动力单元热特性模型。通过试验测试和仿真分析,获得了液压元件及系统的能量特性、各部分液压元件的产热和散热特性、以及各部位的温度变化规律。有机朗肯循环回收液压系统余热构型设计及理论研究。针对超大型液压挖掘机预热能耗大、局部过热加速油液变质,提出了有机朗肯循环-热泵（ORC-HP）联合系统新构型。以260吨超大型液压挖掘机热特性分析得到的冷却功率需求为基础,建立ORC-HP联合系统稳态数值模型,综合比较联合系统的热力学和经济学特性,确定R152a作为最佳工质。着重开展ORC余热回收系统性能研究,总结了环境温度和油液温度对ORC系统运行特性和能量特性的影响规律。有机朗肯循环回收液压系统余热样机工作特性研究。为深入研究余热回收系统在低温大流量液压系统余热回收利用中的高效冷却和产功能力,搭建液压系统余热回收试验样机。根据试验样机结构参数、工作机理和测试数据,结合液压动力单元热特性仿真模型,建立精确可靠的液压系统余热回收试验样机动态仿真模型。通过试验测试和仿真分析,开展液压系统余热回收样机的稳态和动态特性研究,获得发电机负载、油液流量和工质流量等参数对系统稳态运行特性和能量特性影响规律;获得油液流量和电负载阶跃变化,以及系统启动和停机等工况下余热回收系统的动态特性。在试验条件下,样机中蒸发器最大换热量为4.18 k W,膨胀机最大输出功率为356 W。有机朗肯循环回收液压系统余热应用探索研究。为研究余热回收系统在液压驱动装备应用中的工作特性和经济可行性,以38吨大型液压挖掘机为研究对象开展研究。融合试验数据与工作机理,利用控制体方法建立精准可靠的大型液压挖掘机热特性仿真模型。以热特性分析得到的回油流量和冷却功率,结合余热回收系统仿真模型,为大型液压挖掘机匹配设计余热回收系统结构参数和运行参数,进一步建立液压挖掘机与余热回收联合系统仿真模型,对联合系统耦合特性开展研究。与传统油冷器冷却方式相比,余热回收系统可降低液压挖掘机能耗4.4%以上。