液压变压器四象限工作特性研究

　　液压变压器早在1965年就有美国专利对其进行描述,通常被称之为/传统型液压变压器0.1997年荷兰的Innas公司和Noax公司联合提出新型液压变压器的设计概念[1~4].新型液压变压器主要是基于定量轴向柱塞液压泵或轴向柱塞液压马达结构经过必要的变化而得到的[5~6].目前,国内外主要研究的是手动变压式液压变压器[7~8].本研究室研制了新型伺服式液压变压器.原理样机如图1所示,其结构采纳斜轴式轴向柱塞液压泵的基本结构形式,并设计安装全新结构的配流盘及伺服变量机构.

　　1 液压变压器工作原理

　　1.1 工作原理

　　将液压恒压网络压力pA调节到负载压力pB,通常采用节流控制方式,如图2所示,按曲线1进行调压,由此产生的能量损失为

　　采用液压变压器,通过曲线2进行调压,如果忽略内部沿程损失及泄漏等影响,遵循如下能量守恒方程:

　　式中:pA为液压恒压网络系统A点的压力, pB为负载B点的压力, qA为液压恒压网络系统A点的流量, qB为负载B点的流量.

　　从方程(1)中可以得到负载压力和液压恒压网络系统压力之比为

是液压变压比.由此可见,通过改变A、B两点的流量即控制液压恒压网络系统供油和负载流量之比,就控制了液压变压器的变压比.从图2中还可以看出:按AB曲线进行调压时,由于A、B两点的流量不同,因此必须增加第3个油路T来补偿A、B点流量的差值qT=qB-qA,这也是液压变压器的配流盘必须有3个端口的原因.

　　1.2 液压变压器的变压比和流量特性

　　液压变压器的变压比大小决定了液压变压器作为增压装置或减压装置.根据文献[9]可得出液压变压器变压比表达式为

　　液压变压器配流盘的3个腰形槽分别连接液压恒压网络A、负载端B以及油箱T,流经3个槽的流量分别为qA、qB以及qT,又由于流量的通用表达式为

　　式中:vHT为轴向柱塞泵的排量,mL/r;X为液压变压器的转速, rad/s;A为液压变压器A槽的名义弧长, rad;B为液压变压器B槽的名义弧长,rad;C为液压变压器T槽的名义弧长, rad;D为液压变压器A槽中心点p相对于上死点TDC的角位置,即液压变压器的控制角, rad.

　　2 液压变压器四象限工作原理

　　所谓负载荷就是向系统反馈能量的负载,负载的运动形式称为负载驱动(driving load),也称之为负负载.机械和设备的工作过程中会出现负载荷,如卷扬、臂架中重物下降产生的负载荷.液压传动系统连续的/液压泵)液压马达0可逆性、良好的力和扭矩控制,使得液压技术在负载荷控制中更具有优势.在此过程中,液压变压器是能量形式转换的关键元件.液压变压器在实现驱动负载和负载驱动工况下,液压变压器的A、B端口可以分别作为/液压马达)液压泵0工况和/液压泵)液压马达0工况,因此,液压变压器在控制负载荷方面具有突出优势.