用闭式泵控制单作用液压缸形成能量回收式举升系统

　　对于需要频繁升降的大吨位举升系统,重物的升降不仅需要消耗大量的能量,而且会产生大量的热量,这是令人非常头痛的问题。作者在长期从事大型游艺机液压系统研究的基础上,提出了一种能量回收式液压举升系统的方案,迄今已实际装机近20台套。实践表明,该方案能量回收率非常高,系统几乎不发热,而且在发电制动的状态下,重物的速度非常容易控制。

　　系统可以归类为泵控液压缸回路,但与传统泵控缸回路的根本区别是,系统采用闭式泵控制单作用液压缸,如图1所示。

　　传统上,闭式液压泵很少用于驱动液压缸,特别是非对称液压缸,如单活塞杆缸或柱塞缸,主要是由于闭式泵的原理要求主油路输出的油量与返回的油量要大致平衡。仅有的闭式泵控制液压缸系统要么是控制差动连接的液压缸(混凝土输送泵),要么是控制双活塞杆液压缸(船用舵机系统)。其主要设计目的是考虑在大流量情况下,利用闭式泵可以双向变量的特点,省去大通径换向阀。尚没有利用闭式泵可以反向传递功率的特点来控制非对称液压缸的实例。

　　对于举升系统来说,闭式泵可以反向传递功率的特性有很大的好处。如图1所示,在重物下降的过程中,闭式泵输入端的压力高于输出端,此时泵处于马达工况,液压油推动泵带动电动机超速运转。由于异步电机在Ⅲ象限具有发电制动的特性,电动机通过发电产生制动扭矩使转速平衡在略超过其同步转速的某一点,因此可利用电动机发电使重物的下降速度得到控制(与桥式起重机或门式起重机相似)。

　　作者认为利用闭式泵的上述特性能够大大改善液压系统的发热问题。为使闭式液压泵能够用于普通的单作用液压缸和柱塞缸,可在主回路中加入大流量补油泵。图1中右侧为一个低压大流量开式泵,其输出流量略大于主泵流量。对于这个系统来说,即使闭式泵的输入侧完全没有从液压缸返回的流量,也不会造成补油压力的不足,因而就其输出侧而言,完全可以视同于一个开式液压泵。但它与普通泵的最大不同在于,其输出侧的液压油可以反向回流,而且可以在回流过程中用功率回收的方法对负载进行制动。

　　通过实际使用对比发现,闭式举升系统对负载的控制相当好,特别是对于大流量系统,采用传统的阀控系统时,当系统需要软停时,大通径阀在流量接近于0时往往容易失去控制,而采用闭式举升系统当速度接近0时系统的特性没什么变化。

　　另外,闭式泵中位的泄漏量比较大,因此单靠其中位使重物长期悬停在某一位置比较困难。对于有悬停要求的系统,还需要在闭式泵的输出侧加开关阀或液压锁,如图1所示。