采用开式油路的阀控-变频节能液压电梯研究.pdf

液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 0 1 1年 第 6期 采用开式油路的阀控一 变频节能液压 电梯研究 杨 明松 涂婷婷 彭 巍 张勤超 。 1 ． 三峡 大学机 械与材 料学 院 ； 2 ． 三峡大 学水利 与环境 学院 ， 湖 北宜 昌4 4 3 0 0 2 ； 3 ． 特 变 电工 衡 阳变 压器有 限公 司 ， 湖南衡 阳4 2 1 0 0 7 摘要 对闭式油路变频节能液压 电梯进行 了研究与分析 ， 设计 出了一种采用开式油路的阀控一 变频节能液压 电梯系统 ， 并对其节能原 理 、 工 作原理和节能特性进行了分析 ， 为液压电梯 的进一步研究提供了很好的依据。 关键 词 液 压 电梯 ； 开式 油路 ； 阀控 ； 变 频 ； 节 能 中图分类号 T H1 3 7 ． 9 文献标识码 B 文蕈编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 1 0 6 0 0 5 4 0 4 Re s e a r c h o n En e r g y - s a v i n g f o r Va l v e VVVF Co n t r o l l e d Hy d r a u l i c El e v a t o r s wi t h Op e n e d -c i r c u i t Y A NG Mi n g - s o n g T U T i n g - t i n g P E N G We i Z H A NG Q i n - c h a o 1 ． C o l l e g e o f Me c h a n i c a l Ma t e r i a l ，2 ． C o l l e g e o f H y d r a u l i c E n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g ， Th r e e Go r g e s Uni v e r s i t y ， Yi c h a n g 4 4 3 0 02 ， Chi na ； 3 ． T b e a He n g Ya n g T r a n s f o r me r C o ． ， L t d ． ， He n g y a n g 4 2 1 0 0 7 ， Ch i n a Ab s t r a c t T h r o u g h t h e r e s e a r c h a n d a n a l y s i s o f e n e r g y - s a v i n g f o r VVV F c o n t r o l l e d h y d r a u l i c e l e v a t o r s wi t h c l o s e d - c i r c u i t ， t h e e n e r g y - s a v i n g for v a l v e - VVVF c o n t r o l l e d Hy d r a u l i c El e v a t o r s wi t h O p e n e d - c i r c u i t s y s t e m wa s p r o p o s e d ， An d d e s c ri b e d i t s w o r k i n g p ri n c i p l e ， p ri n c i p l e o f e n e r gy c o n s e r v a t i o n a n d e n e r gy s a v i n g c h a r a c t e ris ti c s ． ， a n d p r o v i d e d a v e r y g o o d g u i d a n c e d o c u me n t s i n f u t u r e h y d r a u l i c e l e v a t o r r e s e a r c h i ng ． Ke y W o r d s h y d r a u l i c e l e v a t o r ； o p e n e d - c i r c u i t ； v a l v e c o n t r o l ； VVV F ； e n e r g y - s a v i n g O 引言 目前 ，装机功率和能耗大是制约液压电梯发展和 应用的主要因素，节能研究成为近年来液压电梯技术 研 究的热 ” 。液 压 电梯 的装机 功率一 般是 曳引电梯 的 2 ～ 3倍翻， 如果液 压电梯 能在节 能方面 取得 突破性 进展 。 它将 在 电梯 市场 中 占有 更 大 的优势 。液压 电梯能 量 回 收 方式 主 要有 回馈 电 网式 、 机 械 式 、 液 压 蓄能 式 、 变频 调速式和变频一 蓄能式五种，而其中变频一 蓄能式节能 效 果最好 本文将阀控调速 、变频 v a ri a b l e v o l t a g e v a r i a b l e f r e q u e n c y ， V V V F 调 速 、 活 塞拉 缸 和蓄 能器 节 能技 术有 机结合起来， 设计出一种新型开式油路 的阀控一 变频节 能 液压 电梯 系统 ，在 一定 程度 上 降低 了液压 电梯 的能 耗 ， 具 有 良好 的速 度控制性 能和 工程应 用价值 。 收 稿 日期 2 0 1 0 1 2 2 0 作者简介 杨明松 1 9 8 6 一 ， 男 ． 三峡大学在读硕 士研究生 ， 研究方向为液 压与气动技术 。 5 4 1 系统设计 近年来 ．大量的研究人员运用了各种各样 的方法 来减少液压电梯的能量损耗 ， 其中也取得 了一定成果。 文献【 l I 介绍了一种闭式油路的变频节能液压电梯 ． 它是 将 蓄 能器一 液压 变 量泵／ 马达 组 成独 立 于主 油路 的 “ 压 力一 能量 转换 ” 油 路I 3 ] ， 应 用 于变 频液 压 电 梯 系统 ， 形 成 一 种附加蓄能器回路的变频液压电梯系统[4 1 。 为了能够更好的提高液压电梯的节能性 ，本文在 闭式油路的变频液压电梯系统的基础上 ．对 电梯下降 时 的节 能 系统进 行 了研究 ， 设 计 出 了开式 油路 的 阀控一 变 频 节能液 压 电梯 系统 。图 1是双 缸直 顶式 液压 电梯 结构示意图I5 l ， 图 2是该系统在双缸直顶式液压电梯中 的应用原 理 图。该 系统的能 量 回收原理 为 在 电梯下 降 过程中， 一部分势能会转换成液压能 ， 将压力能储存在 蓄 能器 中 ，另一 部分 势 能经 过节 流 阀产 生 了节流 能量 损失， 最终转化为热能。在电梯上升过程 中。 采用容积 调速， 减少节流能量损失 ， 同时蓄能器 中的压力油释放 出来 ， 补充 给液 压泵 ， 使上 升过 程 中液压 泵 消耗 电 动机 Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ， N0 ． 6 ．2 0l l 的能 量减少 ， 达 到节能 E t 的 。 图 l 双缸 直顶式液压 电梯结构示意图 l 一 油箱2 一 液压泵3 一 主电动机4 一 过滤器 5、 9、 1 0、 1 8 一单 向 网6 一电 磁 溢 流 阀7 一二 位 三 通 方 向 阀 8 、 1 1 、 1 7 一 电液 比例调速阀l 2 、 l 3 一 电磁单 向阀1 4 一 手动下降阀 1 5、 1 6 一 活塞缸 1 9 一 溢流阀2 0 一 蓄能器2 l 一 截止阀2 2 一 交替单向阀 图 2开式 阀控一 变频液压 电梯 系统原理 图 2 开式 阀控一 变频 液压 电梯工 作原 理及 特点 2 ． 1 开式 阀控一 变频 液压 电梯 工作原 理 开式阀控一 变频液压电梯 见图 2 的工作原理如 下 1 电梯上 行 。微 机 控制 器接 到 电梯 上 行 指令 后 ， 电磁 溢 流 阀 6得 电 ， 电动 机 3旋转 ， 泵 启 动 ， 泵 经过 滤 器 和交替 单 向阀 2 2从 油箱 吸油 ， 再 经过 过 滤器 4 、 单 向 阀 5 、 二 位三 通换 向阀 7 、 桥式 整 流板 9和 l O 控制 双缸 同步 、 电磁单 向阀 1 2和 l 3进 入到 活塞 缸 l 5和 1 6 ， 轿 厢上升。在电梯上升的过程中， 通过检测到的电梯位置 信 息 向微 机控 制器 输入 ， 然 后 经过 微 机处 理 后 ， 把信 号 反馈给变频器 ，使液压泵按照给定 的速度指令正向转 动 ， 电梯 轿 厢 按 照 预 定 的速 度 曲线 完成 加 速 ， 减 速 ， 匀 速 ， 减速 ， 再 到平层 运行 阶段 。当电梯 到达选 定楼层 。 微 机控制器接到停止信号后电磁溢流阀 5断电 ．同时变 频 器停 止 向 电动机 供 电 ， 液 压 泵 2停 转 ， 单 向 阀 5 、 l 2 、 1 3在 两端 压差作 用 下关 闭 ， 电梯 轿厢停 留在平 层位 置 。 在上行过程中，如果蓄能器 内的压力油提供 的驱动力 矩大 于 负载 阻力矩 与 系统 摩擦 力矩 之 和， 主 电动机需 工 作在正向回馈制动状态。反之， 则主电动机需工作在正 向电磁驱 动状 态 。 2 电梯下行。微机控制器接到电梯下行指令后 ， 电磁 溢流 阀 5 、 二 位 三通换 向阀 7 、 电磁单 向阀 l 2和 1 3 得 电 ，液 压缸 下腔 的油液 经过 电磁 单 向阀 1 2和 l 3 、 桥 式整流板 9和 l 0 、 换向阀 7 、 电液比例调速阀 1 7 、 单向 阀 l 8 、 交替单向阀 2 2 ， 最后到达蓄能器 2 0 ， 轿厢下降 。 双缸联动的手动下降阀 1 4 应急阀 用于突然断电液压 系统因故障无法运行时，通过手动操作使液压电梯以 较 低 的速度 下 降 。电梯轿 厢在 下降 时 ， 将 检测 到的液 压 电梯 位 置信 号输 入 到微 机 处理 器 ，然 后将 速 度调 节 指 令 反馈 到 电液 比例 调速 阀 1 7 ．通 过调 节 阀 口的开度来 控 制 电梯 按 照规 定 的速 度 曲线 运行 。 当电梯 到达 指定 层后 ， 微机控制器接收到信号 ， 使 电磁单 向阀 1 2和 l 3 断电， 两缸处于 自锁状态 ， 电梯停 留在平层位置。 以上动作 各 电磁铁 的通 断情 况如 表 l 所 示 。 表 1 电磁 铁 动 作 表 上行 一 一 一 一 行停止 一 一 一 下行 一 行停止 一 一 一 一 一 一 一 2 ． 2开式 阀控一 变频 液压 电梯 的特点 开式 阀控 一 变 频液 压 电梯 的特点如 下 1 系统采用了变频调速 ， 阀控调速和蓄能器作液 压配 重技 术来 节能 。 2 电梯 上 行 采 用 变 频 调 速 技术 实现 了 系统 的 变 转速容积调速 ， 使之成为“ 功率传感” 系统[ 8 】 。 3 电梯 下 行 采 用 阀 控 调 速技 术 减 少 系 统 额 外 功 率输入 ．并将负载部分势能以压力能的形式存储在蓄 能器 中 ， 降低 了系统装 机功 率 。 5 5 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 01 1．if - 第 6期 3 开式阀控一 变频液压电梯节能性 分析 3 ． 1 系统 关键环节 的功率 参数 1 电梯 上行 。 电动机的实际输 出功率 2 订 式中n 电动机的实际转速， 单位为 r ／ m i n ； 开式 系统 电动 机 的实际输 出转矩 ； 叼 机械效率。 螺杆泵的实际输出功率 尸 P 一 t r 叼 c r ，7v 2 式中p 螺杆泵的出口压力 ； g 螺杆泵 的额 定排 量 ； Q 。 螺杆泵的内泄漏油量 ； 螺杆泵的容积效率； c 螺杆泵 的内泄漏 系数 ； l l 一液 压油 的动力 黏度 。 上行工况负载所需要的功率 P 闭 ％g v h 3 式中m 轿厢的综合负载等效到液压缸活塞杆上 的质量 r重力加速度 ； 液 压缸 活塞杆运 动速度 。 2 电梯 下行 。 负 载 自重输 入功率 P l ％g v h 4 开式阀控一 变频液压 电梯与闭式油路 的变频液压 电梯的上行工况相同，都是通过变频器控制液压泵进 行容积调速来减少上行过程中的能量损失 ；电梯下行 时 ， 负载的 自重输入功率与闭式油路的变频电梯相同 ， 但是 开式 油路 的阀控 一 变频 节能 系统 无需 泵在 “ 马达 ” 工况做功 ， 故无需变频电动机向泵输入额外功率。 3 ． 2开式阀控一 变频 液压 电梯 系统能量 回收 1 蓄能器 蓄能 。 当蓄能器作动力源时。蓄能器储存和释放的压力 油容量和皮囊中气体体积的变化量相等 ，而气体的状 态遵 守玻义 耳定 律 ． 即 P 0 V 0 p I Vl p 2 V 2 C 5 式中P 、 P 分别为蓄能器最低工作压力 、 能量回 收结束时的工作压力 ； 。 、 分别为上述两种压力对应的气体体积 ； 忍 多变指数， n 1 ． 4 ； C 常数 ，则开式阀控一 变频液压电梯下行过程 中蓄能器 回收 的能量为 一 一 f 。 av 厂 ] 6 式中p 。 皮囊的充气压力 ； 皮囊充气体积。 2 节流能 量损失 。 开式阀控一 变频液压 电梯在下行过程 中， 通过电液 比例调速阀来控制电梯的下行速度。由于电液 比例调 速阎采用 了节流调速的原理 ， 因此存在节流能量损失 ， 即 A p K A o a p 7 式 中△ p 节流 口前 、 后 的压差 ； 节流系数， 由节流口形状、 流体流态 、 流体 性质等因素决定 ； A 节流 口的通流 面积 ； m 由节流口形状和结构决定的指数 ， 0 ． 5 m l ， 当节流 口接近于薄刃式时 ， m 0 ． 5 ， 节流 口越接近于 细长 孔 ， m就 越接近 于 1 。 3 系统效率。 液压 电梯分上行和下行两种工况 。在液压电梯上 行过程中， 开式阀控一 变频液压电梯和闭式油路的变频 液压电梯节能方式相同， 系统效率相同； 液压 电梯下行 过 程 中 ． 开式 阀控 一 变频 节 能液 压 电梯采 用 的是 回油路 节流调速 。而闭式油路的变频液压电梯采用 的是容积 调速 。开式油路的阀控一 变频液压电梯系统效率定义如 下 上 行 丧 8 下 行 志 其 中 电 j 。 尸 电 d t ， 负 』 。 d t ， Q 开 J 。 P 节 d t 式 中 一个单向运行过程中 ， 主电动机输出的 能量 ； 一 个 单 向运行 过 程 中 ， 负载 所 获得 或输 出的能量 Q开 一 个 单 向运 行 过 程 中 ， 系 统 能量 损失 所 Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 6 ． 2 0l l 离心式惯性传感器的结构原理及性能测试 杜来林 杨超 空军第一航空学院， 河南信阳4 6 4 0 0 0 摘要 本文介绍了离心式惯 性传感器的结构及工作原理 ， 并依据离心式惯性传感器的性能要求 、 技 术条件和试验 大纲 以及 部队的实 际情况 ， 设 计了离心式惯性传感器的测试系统， 该 系统采用 单片机控制技术实现负 角加 速度产生及调节 ， 并通过相应 的传感 器将 各 种激励信号 、 测量信号反馈 到系统 ， 以形成闭环控制 ， 实现测试精度。 关键词 惯性传感器 ； 结构原理 ； 性能测试 ； 负角加速度 中图分类号 T P 2 7 3 ． 5 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 1 0 6 0 0 5 7 - 0 3 Co ns t r u c t i o n Princ i p l e a n d Pe rfo r ma nc e Te s t o f Ce nt rif ug a l Ty p e I n e r t i a l S e ns o r DU l 一 l i n Y ANG C h a o T h e fi r s t a v i a t i o n c o l l e g e o f a i r f o r c e ， H e n a n X i n y a n g 4 6 4 0 0 0， C h i n a Ab s t r a c t Co n s t r u c t i o n p rin c i p l e a n d p e r f o r ma n c e t e s t o f c e n t ri f u g a l t y p e i n e r t i a l s e n s o r i s i n t r o d u c e d a n d i t s t e s t s y s t e m i s d e s i g n e d b a s e d o n i t s p e r f o rm a n c e r e q u i r e me n t ， t e c h n i c a l c o n d i t i o n ， t e s t p r o g r a m a n d p r a c t i c a l s i t u a t i o n o f t h e t r o o p ． T h e t e s t s y s t e m p r o v i d e s a n d a d j u s t s n e g a t i v e a n g u l a r a c c e l e r a t i o n ，a n d r e c e i v e s d ri v e s i g n a l s a n d me a s u r e me n t s i g n a l s f r o m t h e c o r r e s p o n d i n g s e n s o r s ，w h i c h f o r m a c l o s e l o o p co n t r o l t o r e a l i z e t he pe rfo r ma nc e t es t a n d r a i s e t he t es t a c c u r a c y ． Ke y W o r d s i n e r t i a l s e n s o r ； c o n s t r u c t i o n p rin c i p l e； pe rfo rm a n c e t e s t ； n e g a t i v e a n g u l a r a c c e l e r a t i o n O 引言 离心式惯性传感器是某型飞机刹车系统的重要组 收稿 日期 2 0 1 0 1 2 3 8 作者 简介 杜来林 1 9 6 1 一 ， 男 ， 汉 族 ， 山东省 巨野 县人 ， 副教授 ， 学士 ， 主 要从事机电一体化的教学 和科研工作 。 - 一 一一 一 - - 成部件，其工作性能的优劣直接威胁着飞机着路的安 全 。离心式惯性传感器的功用是感受机轮的负角加速 度变化 ，来控制电磁放气阀的进气或放气以保证刹车 压力和临界刹车压力大体一致。因而在维修后其工作 性能是否达到技术条件和试验大纲的要求， 必须通过性 能 测试 。 转 化 的热 量 E 一个单 向运行过程 中，系统中蓄能器输出 或储 存 的能量 一 个单向运行过程中， 电动机的输入功率 ； 一 个单 向运行 过 程 中 ， 负载 输入 的功 率 ； 液压电梯上行时开式油路系统能量回收率 ； 叼 下 液压电梯下行时开式油路系统能量回收率。 4 结论 1 本 文将变频调速 、 阀控调速 、 活塞拉缸 、 蓄 能 器作 液压 配 重技 术 结合 在 一起 。设计 出了一 种 开式 油 路 的阀控一 变频 节 能液压 电梯 系统 。 2 该 液 压 电梯 系 统 在 上 行 时 采 用 容 积 调 速 ， 减 少 节流能 量 损失 ； 下 行 时采 用节 流 调速 ， 减少 系 统额 外 功 率输 入 ，因此 它 与 以往液 压 电梯 节 能 系统 相 比有 明 显优势． 而且具有较好的推广应用价值 。 参考 文 献 徐兵 ， 胡东 明 ， 孙惠萍 ， 杨华勇． 采用闭式油路 的节能液压 电 梯研 究[ J ] ． 液压与气动， 2 0 0 7 1 ． 黄方平 ， 徐兵． 采用节能缸 的变频 闭式液压升 降系统的研制 [ J ] ． 液压与气动， 2 0 0 5 2 ． R． E． P a r i s i ． Hi g h e r p r o d u c t i v i t y i n o i l o u t p u t throu g h h y d r a u l i c d ri v r J ] ． R e x roth I n f o r m a t i o n Q u a r t e r l y , 1 9 9 8 1 1 6 - 1 8 ． 徐兵． 采用蓄能器 的液压电梯变频 节能控制 系统 研究【 D 】 ． 杭 州 浙 江 大学 ． 2 0 0 1 ． Ke Li ， M． A． Ma nn an ， Mi ng q i a n Xu， Zi y ua n Xi a o．El e c t r o h y d r a ul i c propo r t i o n a l c o nt r o l o f t wi n - c y l i n de r h y d r a ul i c e l e v a t o r s [ J ] ． C o n t r o l E n g i n e e ri n g P r a c t i c e ， 2 0 0 1 9 ． 徐兵 ， 张斌 ， 林建杰． 变频驱动液压电梯系统能耗特性【 J 】 ． 机械 工程学报． 2 0 0 6 8 ． 常达 ， 萧子 渊． 双缸直顶式液压 电梯 的液压系统分析叨． 液压 气动与密封 2 0 1 0 6 ． 张健民． V V V F液压 电梯速度控 制系统研究【 D 1 ． 杭州 浙 江大 学 。 1 9 9 7 ． 5 7 Ⅲ