液压泵加速寿命试验台中的节能设计

　　液压元件加速寿命试验广泛应用于液压元件可靠性分析和新产品质量、寿命评估中[1],因此这类试验存在试验时间较长及功率消耗多的特点,若不采取回收措施,驱动泵做加速寿命试验的这部分能量最终要转化为热能耗散掉,不仅会导致液压油温升高过快,而且造成能量浪费。早在20世纪90年代文献[2]中就提及试验前的能耗预测及其节能方案的设计。为使试验正常进行,还需要专门的冷却系统,造成能量的进一步浪费。因此为了将能量充分利用必须考虑功率回收问题。

　　1　典型功率回收形式及其工作原理[3]

　　(1)功率电回收

　　该系统被试泵2出口与加载马达3入口直接相连,马达3驱动发电机4产生电能,电能经逆变回馈电网,如图1所示。由于回馈电网需要一套装置保证再生电和电网具有同相位,实现起来技术复杂、价格昂贵,且效果不理想。

　　(2)机械补偿功率回收

　　机械式功率补偿是设计大型液压泵、马达试验台的功率回收方案之一。

　　图2所示是该方案示意图,变频调速电机3驱动被试泵1,被试泵1输出压力油驱动被试马达2旋转,马达再通过机械传动又带动被试泵1,功率在电机3、被试泵1、马达2、被试泵1之间往复循环达到功率回收目的。

　　此方法多用于高速液压马达、低速大扭矩马达试验。泵2、马达1同轴机械直接相连,泵2出口与马达1入口直接相通,系统不足的能量由补偿泵5补充。系统简图如图3所示。

　　2　加速寿命试验台功率回收原理

　　液压泵加速寿命试验台液压系统原理图如图4所示。直流调速电机与功率回收马达同轴,经过一个齿轮增速箱(为超速加速寿命试验提供高转速)带动被试泵运转。直流电机驱动被试泵,被试泵输出的压力油直接进入功率回收马达,带动马达旋转,马达输出转矩给直流电机,再驱动被试泵,功率在电机→被试泵→马达→被试泵之间往复循环达到功率回收的目的。

　　由于泵、电机和马达同轴传动,设增速比为i(i>1),为此需要解决以下两个匹配问题[4]:

　　(1)流量匹配

　　液压泵的输出流量

　　Q_po=inv_pη_pv 　　(1)

　　马达的输入流量

　　Q_mi=nv_m/η_mv 　　(2)

式中:vp、ηpv分别为被试泵的排量和容积效率;vm、ηmv分别为被试马达的排量和容积效率;n为电机的输出转速。

　　根据流量连续性原理,设溢流量为Qr,则

　　Qpo=Qmi+Qr 　　(3)

　　将式(3)代入式(1)、(2)可得

　　v_p=v_m/(iη_pvη_mv)+Q_r/(inη_pv) 　　(4)