机械补偿液压功率回收系统研究

　　在进行泵性能试验时,驱动泵的输入能量如电机、液压马达或内燃机的输出功率转化为流体的能量,若不采取回收措施,这部分能量最终要转化为热能耗散掉,这不仅导致液压油温升高过快,而且造成能量浪费。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。文献[1]推荐对于功率超过30 kW的泵马达的性能试验及功率超过10 kW的寿命试验时就应该采取功率回收。对液压泵试验系统来说功率回收有以下3种形式:

　　(1)功率电回收。该系统被试泵出口与加载马达入口直接相联,马达驱动发电机产生电能,电能回馈电网。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,这样实现起来技术复杂,价格昂贵,且效果不理想。实际运用中往往采用电阻或电涡流把这部分能量耗散调,这虽然减少了流体的发热,但能量并没回收。

　　(2)液压补偿功率回收。泵马达同轴机械直接相连,泵出口与马达入口直接相通,系统不足的能量由补偿泵补充。该方案在作泵试验时有些参数不能改动,只能作部分的试验,故仅适合于马达试验,而对泵则不适合。

　　(3)机械补偿功率回收。其原理如图1所示。被试泵、加载马达和电机同轴机械连接。系统不足的能量由电动机补偿。这种方式能回收的效率最高可达到70%[5],驱动功率仅为被试液压泵功率的30%左右,系统的发热量大为降低,节约了能源。我室新建的航空泵加速寿命试验台就采用这种功率回收形式,运行良好,满足试验要求。在泵马达试验系统中具有广阔的推广前景。本文对该回收方式进行分析和研究,研究各个参数对系统的影响,为这类试验台的设计调试提供理论指导。

　　1　加载系统的工作原理

　　对于机械补偿功率回收系统,泵出口的高压流体直接进入马达的入口,根据流量连续性原理要求泵的输出流量和加载马达的输入流量相等。则其排量

　　式中:q_p,q_m分别为泵和马达的排量;η_pv,η_mv分别为泵马达的容积效率。

　　由于效率是小于1的数,故为了建立系统的压力,满足加载要求,必须要求泵提供比马达所需流量多一些的油液,这部分多出来的油液在试验中产生“困油”现象,由泵和马达的活动缝隙泄漏掉,形成压力。当马达排量减小时,“困油”量增加,压力就升高,泄漏量也相应增大,当压力达到某值,泵比马达多出的油液由活动缝隙泄漏掉,故改变马达的排量可以改变系统的压力。马达的排量由液压伺服阀(或比例阀)控制的变量油缸驱动斜盘来控制,控制器根据压力传感器测出的压力和给定压力相比,控制伺服阀的流量,来改变马达斜盘的位置。下面就结合我室试验台对该系统建模和仿真研究。