变频液压技术的发展及研究综述

　　1　变频液压技术兴起的背景

　　液压动力传动以其传动平稳、调速方便、功率体积比大等优良特性在许多领域获得了广泛的应用,但是液压动力传动的能量利用率不高,整机系统的效率较低,因 此,节能一直是液压动力传动中的主要研究方向之一[1,2].电机变频调速技术依靠改变供电电源的频率就可实现对执行机构的速度调节,电机始终处在高效率 的工作状态.将电机变频调速技术用于液压系统,可以克服液压系统的一些缺点,如简化液压回路,减少液压系统的能量损失,提高系统效率,降低噪声等.其中最 重要的是减少液压系统的能量损失,提高整个系统的效率.

　　具体说来,变频液压技术兴起背景基于以下几方面的原因:

　　(1)电机变频调速技术的发展

　　随着电机变频调速技术的不断发展,使得它在许多其他领域获得广泛成功的应用,取得了良好的节电效果,如用于风机和水泵,节电率达40%左右.

　　(2)节流调速液压系统存在较大的能量损失,效率很低

　　传统的节流调速回路在执行器运行过程中,始终存在较大的溢流损失和节流损失,液压系统的功率效率很低,一般只用于小功率的液压系统中.

　　(3)容积调速液压系统存在某些固有的缺点

　　容积调速回路利用变量机构的位置控制作用,改变泵或马达的排量来调节执行元件的运动速度.比例容积调速回路一般是在原有变量泵上增设电液比例先导阀来实 现,即利用电-机械转换器和先导阀来操纵变量机构,从而可以利用电信号来实现各种补偿,提高了系统的控制性能,也达到了更好的节能效果.容积调速回路没有 溢流损失和节流损失,功率效率较高,可用于大功率系统.

　　但是传统的容积调速回路存在一些缺点:①需要有一套比较复杂的变排量控制机构,对介质要求较高;②斜盘的摆角只能局限在一定的范围,因此调速范围有限;③ 电机转速固定,因而小流量时泵仍作高速运转,磨擦副的磨损加剧,噪声加大;④电机效率随负载而变化,在轻载时效率很低;⑤变量泵比定量泵的噪声大.

　　(4)传统节能型液压回路的不足

　　对于液压动力固定设备,以往的节能研究大多数都是从液压系统本身的角度来考虑,努力减小液压系统自身的功率消耗,包括液压元件的功率消耗和回路的功率损 失.为减小液压元件的功率消耗,需进一步提高元件的功率效率,前人已经做过大量的工作,要想再提高元件的功率效率是很困难的;再者,提高元件的功率效率对 整机效率的贡献也不大.另一条途径是设计合理的液压回路,尽量减小回路的压力损失和流量损失来提高整机的功率效率,如各种形式的容积控制回路、压力适应控 制回路、流量适应控制回路和功率适应控制回路.设计合理的液压回路的另一种形式是实现制动能的能量回收,如各种形式的蓄能器回路以及二次调节液压系统.