二次调节流量耦联系统功率匹配研究

　　在一些动力传动系统中,存在负载力的方向与执行元件运动方向相同的负值负载工况,此时负载可以变成动力源,例如抽油机的抽油杆、电梯和提升机的轿箱等的下降过程。负值负载的存在使系统易产生超速情况,对传动系统的控制性能产生不利影响。从能量流的角度出发,解决带有负值负载的问题有2种方法,一种方法是把负值负载所提供的机械能转化为其他形式的能量无偿地消耗掉;另一种方法是把这些能量回收起来以备再利用。用能量回收方法解决负值负载问题不但能节约能源,还可以减少系统的发热和磨损,提高设备的使用寿命。

　　二次调节流量耦联系统能方便地实现对重物势能和制动动能的回收,解决上述工况中的负值负载问题。该文主要研究用液压蓄能器实现重物势能回收的二次调节流量耦联静液传动系统的基本组成、工作原理和特点,分析该系统中液压蓄能器、电动机和负载之间的功率匹配关系,为节能型二次调节技术的进一步研究奠定基础。

　　1 二次调节流量耦联系统工作原理

　　1. 1 二次调节流量耦联静液传动系统概念　　二次调节静液传动技术的一般定义是在恒压网络中对二次元件(液压马达/泵)无节流的进行闭环控制的液压传动技术[1-4]。该文将二次调节技术由压力耦联系统扩展到流量耦联系统,引入二次调节流量耦联静液传动系统的概念如下:二次调节流量耦联静液传动系统是在流量耦联系统中对具有四象限工作能力的能量转换元件进行无节流闭环控制的系统。

　　二次调节流量耦联系统是二次调节技术与流量耦联系统的结合,其目的是发挥各自的优势,提高系统的控制性能,同时提供某些工况下能量回收的可能性。二次调节流量耦联静液传动系统是对原来基于压力耦联系统的二次调节静液传动系统的扩展,进一步扩大二次调节静液传动技术的应用领域。

　　1. 2 二次调节流量耦联系统工作原理和特点

　　图1所示为执行元件是液压缸的二次调节流量耦联系统。系统的压力取决于液压缸所带负载,通过调节二次元件2的排量实现对液压缸速度的控制。利用行程开关发出讯号使换向阀换向,实现液压缸的往复运动。当负载运动有位能变化时,具有四象限工作能力的二次元件2在提升重物时工作在液压泵工况,向负载输出能量;在重物下降时,二次元2工作在液压马达工况,可将重物势能进行回收,回收的能量可以根据回收方式的不同转换成其它形式的能量,被储存待用或直接在下个工作周期中被利用。二次调节流量耦联系统有3种能量回收形式,分别是用液压蓄能器实现的液压能回收、用机械(惯性飞轮)实现的机械能回收和用电动机实现的电能回收。