2017年, 第30卷, 第2期　刊出日期：2017-02-20

  

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  中国公路学报. 2017, 30(2): 0-0.

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  封一/四

  中国公路学报. 2017, 30(2): 0-0.

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道路工程
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  硫酸盐渍土水-盐-热-力四场耦合理论模型（双语出版）

  冯瑞玲, 蔡晓宇, 吴立坚, 张益铭

  中国公路学报. 2017, 30(2): 1-10,40.

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  针对硫酸盐渍土盐胀过程中较为欠缺的四场耦合理论，在已有的冻土三场耦合模型的基础上，建立了盐渍土水-盐-热-力四场耦合动力学模型。首先，基于水动力学模型和质量守恒定律，在水分场方程和盐分场方程中分别引入等效含水量和等效含盐量的概念，以此为耦合因子简化了水-盐-热耦合模型，不仅考虑了溶质扩散及水动力弥散的作用，还考虑了结晶盐-盐溶液相变（化学反应）对盐分迁移，以及结晶盐相变潜热对温度场的影响。其次，根据能量守恒定律，增加结晶盐的相变潜热，使温度场方程更符合工程实际情况。同时，在建立应力场方程时，盐胀部分由溶质的摩尔质量差进行计算，冻胀部分由原土中的部分水加上迁移来的水减去硫酸钠结晶所需要的水进行计算，从而推导出了应力与水分迁移、盐分迁移以及温度的关系，完善了盐渍土四场耦合理论。最后运用该理论模型，计算分析了新疆某公路盐渍土路基的盐冻胀变形过程。结果表明：计算所得地温规律、盐分迁移规律和盐冻胀规律与实测结果基本一致，计算与实测结果均表明，从秋末至来年春季，硫酸盐渍土路基经历了降温到升温的温度剧烈变化阶段，此阶段路基的变形过程可分为平稳区、缓慢盐冻胀区、剧烈盐冻胀区、盐冻胀变形滞后区、缓慢沉降区、剧烈沉降区6个部分。
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  软土地基的变形速率及稳定性控制

  高彦斌, 张松波, 郭永发

  中国公路学报. 2017, 30(2): 11-17.

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  为了给软土堆载工程监测提供依据，讨论了工程中常采用的沉降速率10 mm·d^-1、水平位移速率5 mm·d^-1作为各类软土地基稳定性控制指标的适用性，并研究了不同加载速率和地基处理方式对软土地基变形的影响。结合上海某工程塑料排水板地基的监测数据，研究了堆载作用下软土地基的变形速率特征，并采用有限元法详细分析了加载速率和地基处理方式（有、无塑料排水板）对软土地基变形速率的影响。研究结果表明：这种采用位移速率为控制指标的方法并不能完全准确反映地基的稳定性，在加载初期安全性较大时位移速率会超过控制标准，而在地基破坏前的位移速率却低于控制标准；加载速率对变形速率有直接影响，加载速率越大地基变形速率也越大；地基的排水性能对变形速率有显著影响，打设塑料排水板的地基比其他类型处理的地基具有更大的变形速率。此外，对于塑料排水板软土地基，软土的固结压密以及排水系统性能的弱化也会造成该类地基的变形速率呈现前期快而后期慢的反常现象。因此，对于塑料排水板软土地基的稳定性控制，这种特殊现象在地基变形监测数据分析中应该予以重视。
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  干旱荒漠区天然砂砾路基填料压实特性分析

  包卫星, 郭小龙, 杨万精

  中国公路学报. 2017, 30(2): 18-24.

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  为研究天然砂砾路基填料的振动压实特性，首先采用筛分法对干旱荒漠地区多条在建高速公路的天然砂砾路基填料进行颗粒组成分析，其次进行表面振动压实试验，采用湿土法分析含水量对天然砂砾干密度的影响，采用干土法分析含石量、级配特性和振动时间对天然砂砾压实效果的影响。基于不同粗颗粒组含量下的最大干密度结果，拟合了天然砂砾最大干密度与粗颗粒中各粒组含量之间的关系式，并利用粗颗粒粒组含量确定天然砂砾的最大干密度。研究结果表明：新疆干旱荒漠区天然砂砾路基填料为不均匀土，级配不良的主要原因为曲率系数较小，填料中细粒含量较少；天然砂砾的干密度随着含水量增大会有谷值与峰值，与黏性土的单峰值变化有明显区别；天然砂砾含石量对最大干密度有显著影响，其最大干密度随含石量的变化分为明显的3个阶段，当含石量为60%时，可以得到最大干密度的最大值；不同级配的天然砂砾的干密度对振动时间的敏感性有明显区别。
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  水泥稳定砖与混凝土再生集料基层的性能研究

  肖杰, 吴超凡, 湛哲宏, 谭新贵, 董维君

  中国公路学报. 2017, 30(2): 25-32.

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  为了研究水泥稳定砖与混凝土建筑垃圾再生集料基层性能，采用扫描电子显微镜和工业CT分别对砖渣、旧混凝土和新集料的表面与内部结构进行扫描，开展了再生集料与新集料的基本特性试验，并进行了对比分析；针对不同掺量再生集料，开展了4种水泥剂量稳定基层混合料的7 d无侧限抗压强度试验以及质量分数为4%的水泥稳定基层混合料的不同龄期无侧限抗压强度、不同龄期劈裂强度、90 d抗压和劈裂回弹模量、抗冲刷、抗冻融、干缩与温缩等一系列系统室内试验，对比分析了试验结果；铺筑了试验路并进行了跟踪监测。试验结果表明：与天然集料相比，再生集料表面微孔隙多且内部含孔隙或微裂隙，其密度小、吸水率大、压碎值大；随再生集料掺量的增加，混合料的最大干密度和最佳含水率分别呈近似线性减小和增大；随再生集料掺量的增加，混合料的无侧限抗压强度、劈裂强度、抗压模量与劈裂模量均呈先增后减的变化规律，抗冲刷能力下降，抗冻融性能变化不大，干缩系数减小，温缩系数变大；7 d无侧限抗压强度和90 d劈裂强度均满足规范的要求；试验路性能良好，证明砖与混凝土再生集料用作半刚性基层材料是可行的。
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  反复吸湿循环对原状残积土剪切特性的影响（双语出版）

  许旭堂, 简文彬, 吴能森

  中国公路学报. 2017, 30(2): 33-40.

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  为了研究反复吸湿循环下天然土体因吸力路径变化引起道路、桥梁等工程土体剪切特性变化的规律，开展了不同围压、吸力和反复吸湿条件下的非饱和土三轴试验研究，从有效应力原理、矿物成分和土水特征曲线（SWCC）滞回特性出发，对不同吸水条件引起的非饱和土剪切特性差异进行多角度分析和解释；同时，研究不同吸水次数后非饱和土体积变化趋势和SWCC滞回特性引起饱和度变化对土体强度的影响，深入分析土体抗剪强度吸水软化的原因。结果表明：脱湿路径下原状残积土表现出的延性和剪缩特性与正常固结土的剪切性状相似，而吸湿路径下土样具有的脆性和剪胀特性与超固结土相符；同一吸力条件下，第1次脱、吸湿路径的抗剪强度差值并不随有效应力的增加而增加；而相同围压下，第1次脱、吸湿路径的抗剪强度差值表现出随吸力增加而减小的趋势；多次吸水后，残积土总体积增加具有不可逆和滞后的特点，土体膨胀性和剪破特性与有效应力和吸力水平有关，应力水平越大，土体应变软化效应越明显；土体软化与水力滞回特性引起土体饱和度的变化和产生的不可逆变形（或累积不可逆变形）有关，多次脱吸湿循环产生的累积不可逆变形是导致土体强度下降的主要原因。研究结果对残积土边坡稳定性分析评价及其治理设计具有重要意义。
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  随机地震作用下框架锚杆锚固边坡稳定性可靠度分析（双语出版）

  董建华, 董旭光, 朱彦鹏

  中国公路学报. 2017, 30(2): 41-47.

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  为了能够准确进行随机地震作用下框架锚杆锚固边坡的稳定性评价，开展其稳定性评价方法及可靠性抗震设计理论研究，将坡后土体考虑为弹性体，建立了坡后土体动力计算模型，将地震激励视为随机变量，采用虚拟激励法求得边坡随机地震反应，获得了边坡地震加速度反应功率谱，给出了最危险滑移面确定的极限状态方程和稳定性可靠度计算方法。将提出的计算方法应用于工程实例，运用可靠度理论分析了地震加速度的分布特征对支护边坡稳定性的影响和最小稳定系数的变化规律，进行了随机地震动力反应分析及稳定性可靠度计算，并采用Monte Carlo法验证了提出方法的有效性。结果表明：提出的分析模型物理概念明确，是一种快速、精确、实用的分析方法；提出的方法为框架预应力锚杆支护边坡的稳定性可靠度计算提供了理论依据和一种新的计算途径。
桥梁工程
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  基于无应力长度目标的平行钢绞线斜拉索张拉方法

  李国平, 黎金星

  中国公路学报. 2017, 30(2): 48-56.

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  为改善斜拉桥平行钢绞线拉索以索力控制张拉时需多次重复张拉的复杂操作工序，并减少由此产生的累计误差，同时使得张拉完成后每股钢绞线拉力分布更均匀，选择以钢绞线的无应力长度作为控制张拉的对象，设计了以无应力长度控制钢绞线逐根一次张拉到位的施工方案，并对其进行优化。考虑拉索的几何非线性，建立单根钢绞线的几何状态方程，确定其在目标索力下控制张拉的无应力长度；在实际施工中以该无应力长度控制张拉单根钢绞线，运用分阶段局部寻优的数值方法，考虑实际施工误差和塔、梁变形等因素，对实际施工索力与设计目标索力之间存在的误差进行修正，寻求对应实际工况的控制张拉无应力长度，以实现一次张拉到位、张拉完成后每根钢绞线拉力相等且成桥索力也更精确的目的；最后，通过计算机仿真算例模拟实际工况进行验证。结果表明：对给定的设计成桥目标索力，采用无应力长度控制张拉方案可一次张拉到位，考虑施工误差进行优化后控制张拉的无应力长度与对应实际工况的无应力长度相差较小，经过二次优化后，施工张拉索力与设计目标索力的相对误差为0.72%，且张拉完成后每根钢绞线拉力相等，满足施工要求；相关计算程序经固化后嵌入智能千斤顶可用于斜拉索张拉施工。
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  基于主动控制面的大跨悬索桥颤振控制

  郭增伟, 葛耀君, 赵林, 李柯

  中国公路学报. 2017, 30(2): 57-68.

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  针对目前主动控制面研究中存在的不足，通过风洞试验探讨了控制面扭转运动对主梁周围流场的干扰效应，按照现代控制理论对动态系统的描述方式，建立了主动控制面颤振控制的状态空间模型，并以一座主跨3 000 m的悬索桥为工程背景，采用二次型最优控制算法对主动控制面系统的颤振控制效果进行了数值仿真分析，讨论了控制面颤振控制参与模态的选择方法，分析了控制面布置长度和作动器数量对其颤振控制效果的影响。研究结果表明：在控制面宽度为1/20梁宽，距离主梁3.0倍梁高时控制面扭转运动会对主梁周围流场特别是前部区域的压力脉动产生影响，但控制面振动所造成的那部分卓越脉动压力在总脉动压力中的比例不足10%，在控制面气动力模型中可以忽略干扰效应产生的气动力；相比于模态幅值比，依据模态能量比选择参与模态进行颤振分析更为有效；安装主动控制面后主跨3 000 m的悬索桥颤振临界风速提高了近1倍，且在0~80 m·s^-1风速范围内可能发生的颤振形态均得到了有效控制，控制面的颤振控制效果随其布置长度和作动器数量的增加而逐步提高；作动器超过2组以后，作动器数量虽不会进一步提高悬索桥颤振临界风速，但控制面可以被划分为更多独立的部分，控制系统的可靠性将得到进一步增强。
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  钢腹杆-劲性骨架混凝土弦杆组合拱节点受力性能试验

  刘君平, 胡治华, 罗霞, 韦建刚

  中国公路学报. 2017, 30(2): 69-76.

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  为进一步增大拱桥的跨越能力，结合劲性骨架钢筋混凝土拱桥的结构和施工特点，提出钢腹杆-劲性骨架混凝土（SRC）弦杆组合桁式拱圈结构，利用钢腹杆替代混凝土腹板，省去混凝土腹板的浇筑工作，并减轻拱圈自重以达到增大拱桥跨径的目的。为了解这种组合拱连接节点的受力特点，在钢腹杆-SRC弦杆组合拱桥试设计研究基础上，以弦杆外包混凝土厚度为主要参数，进行了3个组合拱节点及1个对比钢管混凝土节点的试验研究，并探讨了节点的失效机理。结果表明：组合拱节点首先发生弦杆外包混凝土开裂，最终发生钢管混凝土节点破坏；外包混凝土对受拉和受压腹杆的受力影响很小；相比钢管混凝土节点而言，组合拱节点受拉腹杆的接头刚度较大；弦杆外包混凝土的厚度只影响外包混凝土的开裂荷载，外包混凝土越厚，开裂荷载越大，但不影响组合拱节点的极限承载力；结合钢管混凝土劲性骨架混凝土柱的研究成果，建议组合拱节点的混凝土外包系数取0.50左右，其承载力可按照受拉节点发生冲剪失效模式和受压节点发生有效宽度失效模式进行计算，但其计算结果偏于安全。研究成果可为钢腹杆-SRC弦杆组合拱桥的设计提供依据，也可为类似连接节点的设计提供参考。
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  火灾下预应力混凝土T形截面梁破坏模式研究

  张岗, 朱美春, 贺拴海, 王翠娟

  中国公路学报. 2017, 30(2): 77-85.

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  为了给出火灾下预应力混凝土薄腹梁的破坏准则，针对火灾下预应力混凝土T形截面梁桥的破坏问题，研究火灾高温传导模式和热传导混合边界条件，设定预应力混凝土T形截面梁的火灾作用模式，分析其温度场分布状态，并给出预应力混凝土T形截面梁变形破坏的计算细节和判定条件。采用热力场耦合计算方法，研究不同火灾模式下预应力混凝土T形截面梁桥的破坏模式，跟踪不同火灾模式下预应力混凝土T形截面梁的梁肋变形和翼缘板变形路径。研究结果表明：仅预应力混凝土T形截面梁的梁肋受火时，梁肋的破坏时间和翼缘板的破坏时间相同，其耐火时间相对于其他受火模式较长；预应力混凝土T形截面梁下部单侧受火时，T形截面梁的截面产生显著畸变，受火侧翼缘板的破坏先于梁肋的破坏，破坏时间提前10 min；预应力混凝土T形截面梁下部和顶部均受火时，两侧翼缘板的破坏均先于梁肋的破坏，破坏时间提前10 min；预应力混凝土T形截面梁顶板受火或整体受火时，T形截面梁的破坏时间相对较早，为40~60 min，顶板受火对预应力混凝土T形截面梁的耐火极限影响显著，该研究可为预应力混凝土薄腹梁的抗火性能研究和抗火设计提供理论依据。
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  近断层地震动合成方法及其对超大跨斜拉桥地震响应影响

  李帅, 张凡, 颜晓伟, 王景全

  中国公路学报. 2017, 30(2): 86-97,106.

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  为研究具有破裂前方效应和滑冲效应的2类脉冲型地震动对超大跨斜拉桥不利响应的影响，提出近断层脉冲型地震动合成的“分解-叠加”新方法，从频谱特性及结构地震响应两方面对该方法的有效性进行了验证。以苏通长江公路大桥为研究对象，分析了脉冲周期、脉冲速度峰值、脉冲数等参数对超大跨斜拉桥地震响应的影响规律。结果表明：近断层地震动高频成分对结构的响应不容忽视，“分解-叠加”法能够反映近断层地震动高频成分及低频脉冲成分对结构响应的贡献；具有滑冲效应的低峰值脉冲可激起主塔的高阶阵型，破裂前方效应地震动主要激起主塔的基本振型；当破裂前方效应和滑冲效应复合作用且两者同时达到脉冲峰值时，结构地震响应最为显著；脉冲速度峰值对斜拉桥主塔内力和位移等响应影响显著；不同脉冲周期的地震动作用下，滑冲效应引起斜拉桥地震响应明显高于破裂前方效应；脉冲个数为奇数的地震动较偶数的地震动对结构响应影响更为显著。
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  基于稳态简谐激励的人行桥模态参数识别

  温青, 华旭刚, 陈政清, 王文熙, 牛华伟

  中国公路学报. 2017, 30(2): 98-106.

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  为了探究稳态激振现场试验方法在人行桥模态参数识别中的可行性，通过数值仿真分析和现场试验，研究了基于稳态激振的人行桥模态参数识别。该方法首先通过单点简谐激励获得结构稳态响应的频响函数（FRF），然后对实测频响函数按单模态或多模态叠加形式进行最小二乘曲线拟合得到结构的固有频率、阻尼比、模态振型和模态质量。以一频率密集分布的多点弹性支撑梁为数值算例，分析了激振器激振质量、频率间隔、激振次数、多模态参与和噪声对识别结果的影响。采用该方法识别了一座双层分离桥面曲线人行桥第1阶侧弯模态的频率、模态质量及阻尼比，为该桥的人致振动分析及减振设计提供了有效手段。结果表明：激振质量会改变结构固有模态参数，因此在满足激振条件下激振质量应尽可能小；选择合适的激振带宽和较小的激振频率间隔能获得更可靠的结果；人行桥现场稳态激振试验识别的频率和阻尼比与自由振动识别结果基本相符，识别的模态质量与有限元计算结果相符，说明该方法可行。
交通工程
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  影响学校出行方式选择的心理因素研究综述（双语出版）

  景鹏, 王静, 查奇芬, 何美玲, 陆颖

  中国公路学报. 2017, 30(2): 107-119.

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  为了制定能够优化学校出行方式结构的引导政策，加深对学校出行方式选择行为的理解，并评估现有包含了心理因素的学校出行方式选择行为研究，选取4组搜索词进行组合作为关键词，分别从8个数据库中搜索与学校出行相关的研究，并利用类似领域的研究成果建立文献质量评估体系对这些实证研究进行分析。研究结果表明：最终获得19篇相关文献，且几乎所有的实证研究都集中在发达国家和地区，所有的研究都利用了截面数据，有超过2/3的研究没有利用一定的理论框架去整合和探索学校出行的影响因素。在今后的研究中，为了能够更好地了解心理因素对学校出行方式选择的影响，应该将研究扩展到其他的区域，如亚洲和非洲。需要设计出可靠和有效的测量方法来更全面的研究学校出行方式选择行为的心理特征，这些方法可以为引导政策的制定和干扰措施的执行提供理论依据。此外，在今后对学校出行方式的研究中，应该以一定的理论框架为基础，才能保证研究因素的完整性。
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  出口车道左转交叉口几何及信号组合优化模型

  赵靖, 马万经, 韩印

  中国公路学报. 2017, 30(2): 120-127.

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  为了进一步提高出口车道左转这种非常规交叉口的运行水平，提出了一种基于组合设计的优化方法。优化模型以储备通行能力最大作为优化目标，考虑交通流量、车道功能划分、主信号控制、预信号控制、综合功能区长度以及饱和度等约束条件，描述了优化参数间的相互关系，建立了混合整数非线性规划模型。该模型将交叉口几何布置与信号控制的关键参数整合在一个统一的优化框架中，以保障设计结果最优。通过将模型转化为一系列混合整数线性规划，采用分支定界法对其进行求解，进而通过算例和敏感性分析验证出口车道左转交叉口的优化效益。研究结果表明：利用出口车道左转的设计方法不仅可在饱和度较大的情况下显著提升交叉口通行能力，使原本处于过饱和状态的交叉口变为不饱和；而且在低流量水平下，也有助于减少交叉口延误和排队长度，算例中分别降低1.2%和5.1%；并且优化效益随左转交通量比例以及使用该设计方法岔口数的增加而增加，左转交通量比例每增加5%，该设计方法计算的通行能力将增加1%~5%，平均每增加1个岔口的使用，可使交叉口通行能力提高6.1%。
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  基于可靠性的城市组团间运输通道优化方法

  包丹文, 顾佳羽, 贾俊华

  中国公路学报. 2017, 30(2): 128-135,152.

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  为了科学解决城市组团间运输通道优化问题，首先对传统美国公路局（BPR）函数进行改进，通过引入通行能力影响因子以及区分交通流类型的方法，建立了组团间运输通道的行程时间可靠性测算模型；其次构建以运输通道可靠性最大为上层模型，用户平衡最优为下层模型的双层优化模型，并设计模型求解算法；最后将理论方法应用到南京市组团间运输通道优化案例中。研究结果表明：基于改进BPR函数的可靠性测算方法更适用于高等级、中长距离路段可靠性的计算，能客观反映出组团间运输通道通行能力易受过境车流影响的特征；采用双层优化模型后，南京市组团间运输通道整体可靠性水平提升了约11%，其中，原有运输通道可靠性的差距明显降低，中心城区以及江宁区周边路段可靠性提高了约15%，有效解决了中心城区路段可靠性偏低的问题；新方案与原方案对比分析显示，新方案可靠性比原方案提高了约6%，路段流量降幅约为4%，新方案对提升道路可靠性效果更好，而原方案则更有利于路段流量降低。采用提出的方法有效缓解了路段可靠性分布不均，中心城区路段可靠性偏低的问题，能够为城市组团间运输通道优化方案决策提供理论依据。
汽车与机械工程
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  基于拓扑优化的纯电动大客车车身骨架轻量化多目标优化设计

  王登峰, 毛爱华, 牛妍妍, 魏建华, 师雪超

  中国公路学报. 2017, 30(2): 136-143.

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  为了在满足性能要求的前提下有效降低纯电动大客车车身骨架结构质量，减少客车行驶阻力，节省电耗、提高续航里程，进而提升整车的性能品质和市场竞争力，对客车车身骨架进行了轻量化多目标优化设计。建立了某纯电动大客车车身骨架结构的有限元模型，以客车车身骨架总柔度最小为目标，设计区域的体积为约束条件，设计区域各单元的相对密度作为设计变量，对车身结构的车顶骨架、车底骨架和左右侧围骨架进行了拓扑优化设计，并根据拓扑优化结果提取出了大客车车身骨架的拓扑结构。通过相对灵敏度分析，从21个设计变量中确定出13个对车身骨架性能不敏感但对减重较敏感的设计变量，然后以车身骨架质量M最小、一阶扭转频率F_t和弯曲频率F_b最大作为目标，以弯曲和扭转工况下车身骨架结构的静柔度C_b和C_t小于给定值作为约束条件，以相对灵敏度分析确定出的13个壁厚参数作为设计变量，用尺寸优化方法和多目标遗传算法（MOGA）对大客车车身骨架结构进行了轻量化优化设计，并在4种典型工况下对优化前后的大客车车身骨架结构的静、动态性能进行了分析对比。结果表明：所建立的纯电动大客车车身骨架拓扑优化方法、相对灵敏度分析方法与轻量化多目标优化设计方法有效，在满足大客车车身骨架结构性能要求的前提下，实现减重303 kg，减重率为11%，轻量化效果显著。
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  短途纯电动车无离合器无同步器AMT换挡控制（双语出版）

  王大方, 刘刚, 金毅, 王苗然, ZHU Ya-qi

  中国公路学报. 2017, 30(2): 144-152.

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  为了缩短短途纯电动车无离合器无同步器机械式自动变速器（AMT）的换挡时间，减小换挡冲击，建立了换挡各阶段的动力学模型，提出了一种时间最优的换挡执行机构控制方法，一种电制动和比例体积（PI）控制相结合的直流无刷驱动电机（反电动势波形为梯形波）转速闭环控制方法，以及空挡行程分段控制方法。时间最优的换挡执行机构控制方法通过直接施加最高电压和电制动实现换挡电机的快速启动和停止，并且拨叉控制的精度能够达到0.08 mm。针对直流无刷驱动电机难以利用矢量控制实现转速迅速降低的缺点，驱动电机转速闭环控制方法将PI控制和电制动结合起来，实现了直流无刷驱动电机转速的快速下降。空挡行程分段控制方法将AMT的空挡行程划分为2段，在2段上分别执行不同的驱动电机和换挡电机的协调控制策略，最大限度地缩短换挡时间。最后，对搭载无离合器无同步器AMT和动力传动一体化控制器的样车进行了典型工况下的试验。试验结果表明：提出的换挡过程控制方法能使各工况下的换挡时间和静止时的换挡时间几乎相等，同时也能减小换挡冲击。
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  基于平衡油缸的动臂势能回收系统参数设计与试验

  任好玲, 林添良, 叶月影, 付胜杰

  中国公路学报. 2017, 30(2): 153-158.

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  为降低液压挖掘机的能量消耗，提出一种基于液压蓄能器和平衡油缸的动臂势能回收系统。以节能性为优化目标，以满足系统工作特性，减小蓄能器安装体积和延长蓄能器使用寿命为约束条件，对平衡系统的关键元件——液压蓄能器的工作压力、额定体积和充气压力等参数进行优化设计，分析不同的蓄能器体积和工作压力对系统节能效率的影响，确定最优的液压蓄能器参数；利用AMESim建立有无平衡单元的2种系统仿真模型，以3个比例节流阀和1个比例溢流阀代替传统多路阀对动臂的工作过程进行控制，并据此搭建了某1.5 t液压挖掘机动臂势能回收系统试验平台。研究结果表明：仿真结果与试验结果吻合，系统的参数选择合理，仿真模型较准确；在所选取的液压蓄能器参数满足动臂操控性能和系统工作特性的前提下，动臂上升阶段，有平衡系统的无杆腔压力比无平衡系统的降低约2.5 MPa，液压泵的出口压力降低约1 MPa；动臂上升和下降工作周期内，势能回收和释放的整个工作周期的效率约为29%。