基于负载匹配的节流调速回路最大效率及计算模型

　　液压传动系统的突出优点之一就是调速方便,且能方便地实现无级调速,正因为如此使之得到了广泛的应用。液压调速分容积调速和节流调速两大类,由于节流调速结构简单、工作可靠、调速范围大、传动刚度好、价格低廉,在中小功率的液压传动系统及机床液压系统中占到了绝大多数。传动效率低、发热严重是液压传动系统的最大缺陷,其中又以节流调速最甚。由于实际使用中的节流调速回路数量巨大,每年因此而浪费能源数量是惊人的。在能源压力日益增大的今天,研究节流调速回路的最大效率及提高传动效率的措施具有重大的意义。

　　效率问题一直是液压传动领域的一个研究热点,历代的科研人员为此付出了大量的心血,对效率问题做了多方面的研究[1~4],取得了很多的成果,同时也形成了一种带惯性的思维方式———将液压传动的效率看成液压系统的固有特性。总是习惯性的从完善系统本身的角度去考虑解决问题,这就带有了一定的局限性。如何才能最大限度的提高液压系统的传动效率?节流调速回路可达到的最大效率到底是多少?这些问题至今仍未有定论。若能换一个角度看问题,或许能得出一些新的有益结论。

　　为了避免液压元件参数差异对于分析计算所带来的影响,使得出的结论具有一定的普遍意义,在后面的推导计算中,不计管路的压力损失与泄漏,不计油缸、油泵的摩擦损失与泄漏。

　　1　效率与负载匹配

　　完整的节流调速系统由油源、节流调速回路、执行元件组成。将执行元件与调速回路看成一个整体,节流调速回路实际上是一个能量转换网络,输入液压能,输出机械能,其中输入功率

　　NC=PpQp

　　输出功率

　　Nr=FV

　　式中:Pp为油泵压力;Qp为油泵流量;F为总负载;V为执行元件速度。

　　根据效率的定义,可以写出节流调速回路效率的一般表达式为

　　上式中分母反映了油泵工况,是系统的内在参数,分子由负载工况决定,可视为外部干扰。由此可知回路的效率是外部干扰与内在参数共同作用的结果,不同的调速回路与不同的工况组合,就会得到完全不同的效率。为了方便叙述,将回路参数与负载的合理组合称之为匹配。即使是同一个回路,处于不同的匹配状态,最后的效率也是不同的。由此可知,单纯从系统的角度来讨论效率或将效率视为纯粹的系统问题是不够全面的。

　　通常情况下,负载工况由被驱动对象的工作性质决定,一般无法人为主动改变。而泵的工况及回路参数的配置,在一定的范围内却是可以调整的。从匹配的角度看问题,根据负载工况调整泵的工况及回路参数,就有可能提高系统的效率,当二者达到最佳匹配的时候,就能获得系统的最大效率。