工程机械功率回收液压马达试验台的研究与设计.pdf

工程机械功率回收液压马达试验台的研究与设计 缪雄辉， 郭承志 三一重工股份有限公司 摘 要 介绍功率回收液压马达试验台的系统特性及技术特点 ， 提出目前功率回收液压马达试 验台存在的问题， 研究并设计了一种变频调速机械及液压补偿液压马达试验台， 对工程机械用液压马 达的试验， 功率回收液压马达试验方法的推广和应用及液压试验装置的节能化研究具有积极意义。 关键词 功率 回收 ； 变频调速 ； 液压马达 ； 试验 台 液压马达是工程机械的核心液压元件 ， 其性能 特性直接决定 了工程机械的性能。设计和制造高品 质液压马达 以及检 验液压马达 的各项性能就显得 非常重要 ， 因此对高效 、 节能和通用性工程机械用 液压马达试验 台的研究与设计就显得尤为迫切 。 目前液压 马达试验主要有采用直接加载和功 率 回收加载两种类型 ，直接加载方式 因能耗高 ， 在 大功率和寿命试验时很少采用。功率回收方式液压 马达试验台按照能量回收方式 的不 同， 可分为电功 率回收方式和液压功率回收方式两种 ， 其中液压功 率回收又可分为机械补偿功率回收和液压补偿功 率回收两种类型 【 。 电功率 回收方式需增加整流或 逆变系统等电气元件 ， 技术复杂 ， 价格昂贵 ， 且 回收 效率不高【 ； 机械补偿功率 回收方式存在转速调节 范 围小 ，对试验马达和加载泵的排量关系有 限制 、 系统压力调节精度低等缺点； 液压补偿功率回收方 式也存在试验转速不稳定、试验功能不全等不足， 不能满足工程机械液压马达的试验需要 ， 在此基础 上 ， 本文提出了一种变频机械及液压补偿功率 回收 液压马达试验 台，能同时进行机械补偿和液压补 偿 ， 也能独立进行液压补偿 ， 解决 了以往液压马达 试验台适应范围小 、 转速调节精度低等问题。 油液清洁度 N A S 7级 试验台液压油温 ℃ 4 5 ～ 5 5 压力传感器精度 ％ 0 ． 3 0 流量传感器精度 级 0 ．5 1 ． 2 工作原 理 试验台系统主要包含液压补偿系统 、 变频机械 补偿系统和测控系统 ， 工作原理如图 1 所示 。 1 ． 电机2 ． 并联补偿泵3 ． 串联补偿泵4 、 l 4 ．溢流阀5 、 6 、 9 、 1 0 、 1 9 ． 单向阀7 ． 热交换器8 ． 顺 序阀1 1 、 1 3 、 2 0 ． 流 量计 l 2 ． 比例溢 流阀1 5 、 2 1 ． 压力变送器l 6 ． 换向阀 1 7 ． 被试马达l 8 ． 变速器2 2 ． 转速转矩传感器2 3 ．变频电机 2 4 ． 加载马达2 5 ． 整流桥路 图 1 液压马达试验系统原理图 液 压 马 达 试 验 台 参 数 与 工 作 原 理 转 矩 蓑 1 ． 1 试验台参数 能。根据试验马达的类型， 变速器选择高速或低速 最高试验压力 MP a 3 5 挡 ，小功率变频 电机 2 3通过变速器带动被试马达 最高试验转速 r ／ mi n 8 5 0 0 和加载马达转动； 变频调速系统调节被试 马达的转 最大转矩 N m4 0 0 0 速和转向； 转速转矩传感器 2 2 测量转矩和转速。并 作者简介 缪雄辉 1 9 7 8 一 ， 男， 湖南望城人， 工程师， 硕士， 研究方向 工程机械液压系统的设计和开发。 一 22 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 联补偿泵 2和加载马达 2 4 泵工况 共 同给被试马 达 1 7供油 ， 因被试马达和加载马达排量完 全一样 ， 所 以并联补偿泵 只需补充两者 的容积效率损失及 系统泄漏量 。溢流阀 1 4限制试验系统的最高压力 ； 比例溢流阀 1 2控制被试马达的试验压力 ；压力变 送器 1 5检测试验压力 ； 流量计 1 3检测 比例溢流 阀 1 2溢流量 ， 从而控制并联补偿泵 2的排量 ， 既确保 了试验压力的稳定 ，同时减少了系统的溢流损失。 加载马达 2 4压力油通过整流桥路 2 5和单 向阀 1 9 反馈给被试马达 l 7 ， 从而实现功率 回收。被试 马达 回油通过流量计 1 1 、 顺序阀 8和串联补偿泵 3合流 向加载马达供油 。顺序 阀 8 设置被试 马达背压 ， 增 加系统 的稳定性 ，同时背压又反馈 给加载马达 ， 提 高加载马达吸油能力 ， 并避免了背压损失。串联补 偿泵 3为恒压泵 ，能根据设定压力 自动调整泵流 量 ， 补偿系统流量损失 ， 防止加载马达吸空。机械及 液压补偿试验 台能进行液压马达排量 、 转矩 和转速 验证试验 、 容积效率试验 、 超速、 超载和背压试验及 外泄漏等试验项 目。 2 试验台及变速器结构设计 试验 台由变频 电机 、 变速器 、 串并联补偿 系统 组成变频调速机械及液压功率 回收系统 ， 解决了以 往液压马达试验时通过溢流或测功机加载导致大 量能量消耗和系统发热问题。变频电机通过变速器 可精确控制被试马达的转速 ， 变频电机 的功率只需 占总驱动功率的2 9 ％左右 ， 因而变频电机的功率 小， 变频控制设备结构简单， 电机采用两级电机 ， 额 定转速 2 9 8 0 r ／ m i n ， 变速器采用高低两挡变速 ， 其结 构原理如图 2所示。 输出 轴 轴承 离合器 T ． ⋯1 。 ⋯ 7 ， 7 i 2 ． 8 1 ／ 2 。 8 一 L 齿轮 图 2 变速器结构原理 图 离合器可 以连接或断开变频 电机与变速器 的 连接 ， 离合器断开 时变频 电机不启动 ， 试验 台只使 用串并联液压补偿方式进行液压马达试验 ， 这种试 验适用于液压马达成对试验 ， 试验压力和试验转速 的调节可以通过改变并联补偿泵的排 量来实现 。 离合器 连接时变频 电机通过变速器补偿试验 台的转矩损 失 ， 变速器有高低速两个 挡位 ， 高速挡和低速挡 由 气动装置进行切换 ， 高速挡传动 比为 1 ／ 2 ． 8 ， 低速挡 传动 比为 2 ． 8 。采用两级变频调速电机高速挡试验 时的最高速度可达 2 9 8 02 ． 8 8 3 4 4 r ／ m i n ，如果超 频速度还可以进一步提高， 这样高速挡可以满足绝 大多数高速马达的试验需求。低速挡如果频率调至 6 H z ，最低试 验转 速为 2 9 8 065 O2 ． 8 1 2 7 ． 7 r ／ m i n ，低 速挡 最 高试 验 转 速 为 2 9 8 02 ． 8 1 0 6 4 r ／ m i n ， 低速挡也可 以满足绝大多数低速马达的试验 要求。因此变速器采用高低两挡加离合器的设计可 以满足绝大 多数工程机械用马达对试 验转速的要 求， 且转速稳定， 调节精度高， 克服了以往机械、 液压 式补偿试验 台试验转速调节范围窄 、 转速调节精度 不高 、 转速不稳等缺点。 3 试验台测控系统 试验台测控系统硬件采用 P C P L C结构 。工控 机采用研祥 I P C 一 8 1 0 E， 主要用于系统界面 、 数据处 理 、 报表生成 和外 围打 印等功能 ， 由于现场控制及 采集数 量较 大 ， P L C则 采用 S I E ME N S公 司的 S 7 3 0 0系列产品，主要用于现场各种传感器信号的采 集及系统的逻辑控制 ， 它们两者之间通过无线网络 进行通信 ， 其硬件结构如图 3所示。 图 3试验 台测控 系统硬件结构 图 试验 台软件采用组态王 K i n g V i e w 6 ． 5 3开发而 成 ， 软件主要完成 以下功能。 1 自动测试功能。系统按程序设定的液压马 达测试流程 自动完成马达各种测试 ，自动进行 加 载 、调速和各种测试数据的采集及报表生成和存 储 ， 实时响应测试过程 中出现的故障并报警提示 。 2 手动测试功能。通过控制台完成手动电机 一 23 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 启 动、 手动调速 、 手动加载 、 手动数据采集等功能 ， 主要用于试验台调试及特殊液压马达测试需要。 3 其它功能。测控系统可以通过界面对测试 马达型号 、 测试项 目、 最 大压力 、 最高转 速进行设 定 ， 对压力 、 流量 、 转速 、 转矩 、 容积效率 、 回收功率 等直接和间接数据进行计算 和图形化处理 ， 完成相 应报表的存储 、 查询和打印等功能。 4 结论 本文介绍 的带离合器和两挡变速器 的变频机 械及液压补偿功率 回收液压马达试验台， 已在工厂 内投入使用 ， 收到 了很好的试 验和节能效果 ， 主要 具有 以下特点 1 试验台采用功率回收， 相比非功率回收系 统具有装机功率小、 效率高、 系统发热小， 运行费用 低等特点， 适合于工程机械各种液压马达的寿命试 验和批量试验， 能有效降低试验成本， 为工程机械 液压马达的开发 、 试验及维修提供 了有力保障。 2 采用离合器结构， 试验台既能单独进行串 联液压补偿功率 回收模式 ， 也可以进行机械和液压 补偿模式 ， 使试 验马达的适应范 围更广 ； 独特 的高 低两挡变速器加变频调速 电机结构解决 了其他 同 类型液压马达试验台转速调节范围窄 、 转速调节精 度低等缺点 ， 能满足绝大多数工程机械液压 马达的 试验需要。 3 测控系统采用工控机 组态王 ， 具有性能 稳定 、 操作界面友好 、 远程控制及智能化等特点。 本试 验台的研究和设计对工程机械用液压马 达的试验 ， 功率 回收液压马达试验方法 的推广和应 用及液压试验装置的节能化研究具有积极意义 。 参考文献 ⋯ 1 田联房， 于慈无， 李尚义， 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刚进入振动筛时需要较大 的振幅使 物料快速 分层 ，并借助于筛面倾 角迅速 向筛 网中部运动 ， 当 集料到达 出料端时 ， 这时物料 已经成功分层 ， 只需 要较小 的振幅就可以保证细粒物料有 良好 的透筛 作者简介 李伟 1 9 8 9 一 ， 男， 河南南阳人， 在读硕士， 研究方向 工程机械。 一 2 4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m