二次调节静液传动技术在矿井提升机中的应用

　　1　引言

　　

　　矿井提升机是矿井井上与井下以及井下之间的主要运输工具，是矿山运输的关键设备。它的能耗较大，耗电量一般占矿井总耗电量的30～40%。在能源日益紧张的今天，运用各种新技术、新方法研制出新型的节能系统，并应用于矿井提升机中，用来有效地节约能源，具有重要现实意义。

　　

　　静液传动技术在矿井提升机中得到了广泛应用，如防爆液压绞车、制动闸等。应用于井下作业的防爆液压绞车，主要利用了静液传动功率密度大、体积小、液压元件易于防爆及控制调节方便等优点。但是，因其具有整机效率低、噪声大、发热量大等缺点，使其应用范围受到了限制。

　　

　　基于能量回收与重新利用而提出的二次调节静液传动技术，是新发展起来的液压传动系统，它具有一系列独特的优点。二次调节静液传动系统能在四个象限内工作，可以回收与重新利用系统的制动动能和重物势能，在系统中二次元件能无损耗地从恒压网络中获取能量，提高了系统效率。同时，由于它是压力耦联系统，可以连接多个互不相关的负载，并可实现互不相关的控制规律。扩大了系统的工作区域，改善了系统的控制特性，它不但能明显地降低一次能耗，还能减少设备总投资。国外从70年代末开始着手研究，现已将它应用于造船工业、钢铁工业、大型试验台和车辆传动等领域。

　　

　　2　二次调节静液传动系统的工作原理

　　

　　在静液传动系统中，把机械能转化成液压能的元件(如液压泵)称为一次元件或初级元件；将液压能和机械能可以相互转换的元件(如液压马达/泵)称为二次元件或次级元件。二次调节静液传动技术是在恒压网络中对将液压能与机械能相互转换的二次元件所进行的调节。

　　

　　图1所示是二次调节静液传动系统，二次元件的排量由变量油缸2进行控制，变量油缸2的流量通过电液伺服(比例)阀3控制。二次元件1转速的变化，可由与二次元件转轴相连的光电编码器(或其它测量元件)测出传送给控制器，控制器根据一定的控制方法而产生的控制信号传输给电液伺服(比例)阀3，而控制变量油缸2向左或向右移动，用来改变二次元件1的斜盘倾角，进而改变二次元件1的排量，使系统稳定地工作在某一工作状态。这个平衡状态可产生于任何的设定转速，通过改变电液伺服(比例)阀的控制信号，可以使二次元件的转速无级变化。

　　

　　1.二次元件　2.变量油缸　3.电液(比例)伺服阀 4.恒压变量泵　5.蓄能器　6.安全阀

　　图1　二次调节静液传动系统原理图

二次调节静液传动系统中的二次元件对负载转矩或转速变化的反应，最终是通过改变它的排量来实现的。这种调节是在输出区的二次元件上进行的，调节功能通过二次元件自身的闭环反馈控制来实现，而不改变系统的工作压力。通过改变二次元件斜盘摆动方向(过零点)，二次元件能工作在四个象限内，既有“泵”工况，也有“马达”工况，从而提供了能量回收的可能性。当二次元件工作于泵工况时，向系统回馈能量。这里可以改变能量的形式或不改变能量的形式来存储能量，这部分能量既可由蓄能器储存，也可以立即提供给其它用户。