基于变频的液压系统溢流结构优化

　　1　引言

　　液压传动以其传力平稳,调速灵便,功率/体积比大等优良性能在工程应用中倍受亲睐[1]。然而,液压系统以液体为工作介质的特点,又使其难免具有易发生流量泄漏和压力损失,引起油温变化和噪声污染等固有缺点,致使能量的无为损耗,传动效率低下,和系统的综合品质变差。为扬长避短,节能寻优,提高液压系统的工作效率一直是研究的重点。一是以改善液压系统动态性能为对象的函数优化研究,二是以改善元件结构设计为对象的参数优化研究。

　　变频调速技术与液压技术的结合(又称电液系统)为液压系统的优化开辟了新的空间。电液系统通过改变电机供电频率来实现泵内流体控制。较之于传统的液压阀控节流调速,变频调速在液控方式上的变化,不仅有效地避免了节流损失,显著的提高了电液系统整机的工作效率,节省了电能,亦使作为电液系统子系统的液压系统的再优化成为可能,而液压子系统的二次优化又将有助于系统整机的改进,换言之,全局的改变使局部的优化成为可能,局部的优化又将促进全局的性能提升。在变频驱动液压模式下,液压系统自身的再优化将进一步提升电液系统整机的工作效率。

　　2　变频驱动液压技术简介

　　2. 1　变频调速技术基本原理

　　三相异步电动机定子绕组通入三相对称交流电后,在电机气隙圆周产生旋转磁场,其旋转速度称为同步转速n1。转子短路绕组切割旋转磁场产生感应电流,感生电流在磁场中受到力的作用形成电磁转矩,使转子沿旋转磁场的方向旋转。转子的转速为[2]:

　　n =n₁(1-s) =60f(1-s) /P (1)

　　式中:f为定子电源频率; s为电机的转差率;P为电机的极对数;n为转子转速。

　　公式(1)表明,当极对数P和转差率s不变时,可以通过改变电源频率f来实现对转子转速n的控制,且转速n与电源的频率f成正比。

　　2. 2　变频技术与液压技术的结合及其优点

　　由变频器+三相异步电机+液压泵组成的液压控制系统称变频驱动液压系统,又称电液系统。与传统液压系统比较,电液系统在结构组成上多了一个变频器,但在整机性能上表现出诸多优越性。

　　(1)避免了节流损耗。液压系统的节流损失是由阀控节流调速方式造成的。其基本原理如图1所示。图1中,曲线A为泵的流量特性曲线, B,C,D为管阻特性曲线簇,交点1, 2, 3分别对应不同管阻下泵的工作点(operation point)。

　　当需要流量从Q3减至Q2,Q1时,泵的出口阀门开度由大变小,对应于管阻特性曲线沿D—C—B的顺序过渡,泵的工作点依次对应于图上3—2—1点。阀口开度变小使流体受到的局部阻力增大,在阀口产生压降形成节流损失。节流调速虽简单易行,却是以能量的无谓损耗为代价的,牺牲了液压系统的功率效率,降低了经济效益。