新型液压多泵在液压调速系统中的节能分析

　　0　引言

　　液压传动以其传动平稳、调速方便、功率体积比大等优良特性在许多领域得到了广泛应用，但是液压传动系统的效率较低，因此，节能一直是液压传动中的重要研究课题之一^[1-3]。在液压调速技术中，节流调速、容积调速及其派生的各种调速回路占据主导地位。一般的容积调速没有溢流和节流损失，效率较高，但需要一套复杂的变量机构，对介质要求较高，噪声也大。近年来发展起来的变频液压调速技术虽然能从全局上提高效率，但国内研究尚不成熟，应用领域还不广，且成本较高^[4-5]。节流调速回路具有结构简单、工作可靠、成本低、使用维护方便、调速范围大等优点，但由于其能量损失大、效率低、发热量大，故一般仅用于功率不大的场合，其应用领域受到限制^[6]。所以，探讨液压调速系统的节能途径与方法具有重大现实意义。本文从多泵传动原理出发，提出了几种基于新型液压元件(多泵)的调速回路方案。

　　1　多泵工作原理

　　该类新型泵的主要特点是在一个壳体内形成了内泵和外泵，单作用时一对内外泵，双作用时两对内外泵，多作用时多对内外泵，泵的个数等于2×n，其中n为作用数。这些泵可以独立向系统供油，也可联合向系统供油，在控制系统的控制之下，当其中一个泵工作时其余泵卸荷，这就只有一个流量输出数，多个泵不同组合就形成了多个不同的流量输出数，形成多输出泵。多泵的结构及工作原理见文^[7]。

　　2　单作用多泵双压节流调速回路节能技术

　　对于存在快慢速交替工作工况的液压机械，采用传统单定量泵节流调速的方法控制时系统效率较低。此类系统的特点是，高速时载荷小，低速时载荷大，且最高速度与最低速度相差悬殊。而设计系统时，必须按工作循环中的最高速度与最大载荷选择液压泵。因此系统运行时，液压泵始终按恒定的最大流量向系统供油，从而导致系统重载慢速工况时，大部分油液高压溢流，容积效率降低。此类系统的效率通常在30%以下，从而造成了极大的能源浪费和系统工作稳定性的下降[8]。本文提出的基于单作用多泵的双压节流调速回路特别适用于这种工况，能有效地降低系统能耗，提高效率。

　　2.1　多泵双压节流调速回路原理

　　单作用多泵双压节流调速回路系统原理如图1所示，回路中的动力元件选用单作用多泵，此种泵在一个壳体内形成了一个较小流量的内泵和一个相对较大流量的外泵，可以根据系统要求的两级工进速度选择两泵的流量比例系数。回路利用压力传感和远程控制原理对系统进行双级压力控制，特别适合两种工进速度、两级负载的液压设备。当液压缸轻载高速工作时，电磁铁Y1通电，系统压力由低压溢流阀6决定，压力传感卸荷阀3处于下位，内泵1与外泵2同时向系统供油;液压缸重载低速工作时，电磁铁Y₂通电，系统压力由高压溢流阀4决定，压力传感卸荷阀3切换至上位，内泵1单独向系统供油，外泵2经压力传感卸荷阀3卸载压力;当液压执行器短期停留时，Y₁、Y₂同时断电，2台泵均经溢流阀4卸载压力，从而实现了多泵输出功率与负载功率相适应(相匹配)，达到了节能的目的。