淺析一種變量泵回收試驗臺的設計思想

楊志平

摘 要： 液壓技術有功率比重大，運動慣性小，體積小，反應速度快，操縱便捷，使用壽命長，可實現大范圍無級調速、過載保護，容易實現自動控制和遠程控制等特點。在現代化傳動與控制領域中，液壓技術有著舉足輕重的地位。由于，我國電力緊張問題日益突出，液壓泵的制造和維修企業普遍需求：能用較小的電機功率完成較大功率泵的試驗。因而，液壓泵試驗臺采用何種液壓系統更合理經濟，是一個值得深入思考的問題。

關鍵詞： 變量泵；液壓技術；液壓泵

世界性的能源危機已經引起了越來越多的國際爭端和社會問題，節能已經成為了社會普遍關注的問題，節能技術在液壓系統中的運用已經成為了其主要的發展方向，是液壓領域所關注的重大課題之一。在液壓系統的設計中，不但要滿足液壓傳動系統的要求，而且要盡可能的達到節能、高效、安全、減少發熱、減少沖擊，保證工作精度，保證運行可靠的目的。

一、國內外液壓泵試驗臺研究現狀

在我國有關液壓泵試驗的標準中幾乎全部是采用耗能的方式來試驗。關于液壓泵功率回收試驗臺，目前國內也在逐漸開展其研究與開發工作。不論采用電力回收功率方式，機械補償功率回收方式，還是液壓補償功率回收方式，都可以大大減小試驗臺的裝機功率和試驗過程中的發熱量，并且基本上都可以使功率回收率都在 60%以上。所以功率回收的設計思想將是未來的試驗臺的發展趨勢，是不容置疑的。但是選用何種功率回收方式，能回收能量的多少，試驗臺操作性性能的好壞，測試效果及精度如何等等，都是值得深入探討的問題。

二、液壓泵試驗系統發展趨勢

綜合國內外液壓泵試驗系統的研究發展情況，各國各企業在對液壓泵的性能測試提出更加嚴格要求的同時，也在不斷尋求一種更加高效、節能的液壓泵試驗臺，目的是以犧牲較小的代價來完成各種不同類型液壓泵的各項性能試驗。這種節能降耗的措施符合我國當今企業轉型發展的需要，同時也是國外其他國家液壓元器件生產商降低生產成本，大大提升利潤率的有效途徑之一。隨著技術發展與革新，功率回收試驗臺所存在的一些技術瓶頸將會被逐一克服，這種方式將會取代傳統的耗能方式而出現在各國的液壓泵測試標準中。

三、功率回收試驗臺的系統設計

功率回收型試驗臺是對試驗過程中被試液壓泵的一部分能量通過反饋進行回收再利用。為了選擇合適的液壓泵功率回收方案，首先從理論上對現有的功率回收方式進行了詳細的分析，其次再結合現有條件確定本文所采用的功率回收方案。

目前，功率回收試驗臺設計的主要思想是：利用能量反饋元件，回收部分被試液壓泵的輸出功率，減小試驗臺驅動電機的功率，達到節能的目的。其中機械補償功率回收系統使用雙輸出軸電機，試液壓泵的動力輸入軸與電動機的一端輸出軸直接相連，加載馬達的動力輸出軸與該電機的另一軸端相連，被試液壓泵的高壓出油口與加載馬達的進油口直接相連。當被試液壓泵被電機帶動以后，被試液壓泵輸出的液壓油驅動加載馬達旋轉，當加載液馬達轉動以后，再通過機械傳動與電機一起驅動被試液壓泵。此時，被試液壓泵驅動能源由兩個元件提供，一個是電機給予，另一個則是加載馬達反饋。這部分能量在電機、被試液壓泵、加載馬達、被試液壓泵之間往復循環，達到功率回收的目的。由于被試液壓泵與加載馬達機械相連，且被試液壓泵的出口與加載馬達的入口直接相連，故在實際應用中，被試液壓泵與加載馬達存在匹配的問題。

串聯液壓補償功率回收系統被試液壓馬達與加載液壓泵同軸相連，加載液壓泵的出油口通過單向閥組和換向閥與被試液壓馬達進油口相通。當啟動補償泵后，補償泵輸出的液壓油流經單向閥組向被試液壓馬達供油，驅動被試液壓馬達轉動，當被試液壓馬達轉動以后，驅動加載液壓泵轉動，然后加載液壓泵通過單向閥組獲得來自補償泵輸出的液壓油，而且流過加載液壓泵的液壓油又從其出口流出，并經單向閥和換向閥流入到被試液壓馬達中，并成為了被試液壓馬達唯一的供油源。此時補償泵輸出液壓油壓力為1p ，該壓力同時為加載泵的入口壓力；被試液壓馬達和加載液壓泵之間處于互為負載的關系，只要保證加載液壓泵的排量大于被試液壓馬達的排量，則它們之間會產生一個壓力2p 。溢流閥在系統中起著安全閥的作用，當補償泵出口油壓過高，達到溢流閥預先設置的開啟壓力值時，溢流閥會自動開啟，卸載系統壓力，對系統元器件進行保護。

并聯液壓補償功率回收系統被試液壓馬達與加載液壓泵同軸相連。補償泵的出油口與被試液壓馬達的進油口相通，而且加載液壓泵的出油口也與被試液壓馬達的入口相通。當電機驅動補償泵轉動以后，補償泵輸出的液壓油驅動被試液壓馬達轉動，被試液壓馬達又帶動加載液壓泵轉動，加載液壓泵輸出的液壓油也流入到被試液壓馬達中，與補償泵同時給被試液壓馬達供油。在該種功率回收方案中被試液壓馬達的排量要大于或者等于加載液壓泵的排量。該功率回收試驗系統同樣可以用于液壓泵試驗臺，被試馬達則成為加載馬達，而加載液壓泵則成為被試液壓泵。這種系統所使用的元件器比較少，但運用傳統的節流加載方式，浪費了部分的功率，但操作性良好，適應范圍廣。

電功率回收系統，此種方式是將被試液壓泵輸出的高壓油的液壓能，最終轉變為電能，回饋到電網中的一個過程。通過發電機對被試液壓泵進行加載，在加載的過程中有一部分液壓能會消耗在發電機電阻的發熱上，但是對試驗系統中的油溫沒有影響，這是前兩種功率回收所不具備的優點。同時，發電機所發電的頻率和幅值不穩定，在回饋電網之前還要保證其與電網同頻幅同步，需要增加逆變裝置和安全裝置，對技術要求比較高，加大了試驗設備的成本，實行起來有一定的難度。

四、總結：

通過上述的分析，本文決定采用并聯液壓補償功率回收型式的液壓泵試驗系統，液壓系統主要由：補償泵，能量回收馬達，被試液壓泵及溢流閥、節流閥、單向閥組成。被試液壓泵與能量回收馬達同軸相連，被試泵的出口與能量回收馬達的進口相連，補償泵由電機驅動。為了實現泵性能測試時所要求的不同工況點，若要獲得比較高的被試液壓泵的測試轉速，可以通過適當減小能量回收馬達的排量或者適當增加補償泵的排量來實現，但在每一次實驗過程前選定馬達排量以后，直到本次實驗結束馬達排量在實驗過程中是不允許改變的，要維持測試轉速則通過調整補償泵的排量來實現；如果需要增加被試液壓泵的出口壓力，可以通過調小節流閥來實現。因而，該試驗臺主要是通過節流閥來進行加載，能量回收馬達起到一部分的加載作用，其主要作用還是用來回收部分被試液壓泵的輸出功率及驅動被試液壓泵，并通過改變自身排量來提高被試液壓泵的測試轉速。■

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