变频容积调速液压系统的实验研究

　　1 概述

　　液压调速系统在采掘机械、绞车等应用非常广泛。目前大多数是在供电工频条件下拖动电动机按额定转速运行，靠改变变量泵的排量来实现执行元件的调速。这种容积调速方式虽可避免溢流损耗，但对油液洁净度要求高，机件易磨损和效率低，对制造精度要求高、制造成本高;系统相对故障率也较高[1]。本课题将变频调速技术引入液压系统中，以满足调速要求[2、3]。

　　2 系统结构与说明

　　图1 为变频液压容积调速系统结构示意图，图2 为其电气原理框图。用光电编码器采集液压马达的转速信号，经 A/D 卡进行脉冲计数和定时后反馈给计算机，和给定输入值进行比较，再通过控制器、变频器等改变主油泵的转速，最终达到精确控制液压马达转速的目的。溢流阀3 对系统起安全保护作用;比例溢流阀 6 对液压马达进行背压加载，其调定值由控制器通过D/A 卡和放大器输出的信号决定。

　　本系统采用转速反馈的闭环控制，以提高系统响应速度，压力传感器采集系统压力值并传递给控制器，对输出控制参数进行调整，补偿系统的容积损失。

　　(1) 工控机与变频器通信

　　本系统采用DANFOSS 公司 VLT2875 型变频器。被控电动机的最大转矩随着频率降低而下降。变频器具有低频补偿功能，适当提高输入电压，以补偿定子电阻的电压降。在工控机IPC-6606 和变频器VLT2875 之间，增加 RS-232/485 电平转换器(图3)。转换器的内部采用光电隔离技术，使工控机的各串口隔离，从而提高系统安全性。工控机通讯查询程序见图4。

　　(2) 系统压力控制和检测环节

　　控制器通过D/A 卡 PCL726 输出0 ～ 10 V 电压，经过比例压力放大器(BOSCH 1M45-2. 5 A) 放大，控制比例溢流阀(BOSCH NG6)，实现液压马达背压加载。接线简图如图5 所示。压力传感器(BOSCH，P = 0 ～ 35 MPa)安装在集成阀块上，用来检测液压泵出口压力并转换成电信号，经A/D 卡PS2129 传送至控制器。

　　(3) 液压马达速度检测

　　系统选用LEC-120BM-G05E 光电编码器和M/T测量方法。该编码器采用圆光栅，经光电转换，将轴的角位移转换成电脉冲信号1 200 p/r。液压马达转速方波信号由 PCL836 计数卡采集并输入控制器。图6 是液压马达速度信号检测电路图。

　　3 实验研究

　　变频液压容积调速系统实验台(图7)溢流阀的调定压力在20 MPa 左右，当安全阀使用。实验采用程序控制方式，由工控机输出控制信号，分别控制变频器及比例溢流阀。给变频器输入2. 2 V 阶跃控制电压信号(对应电机同步转速660 r/min)，液压马达转速、系统压力及加载回路压力，分别由转矩转速仪、系统压力传感器及加载回路的压力传感器测得，通过测试回路进入工控机。