液压驱动惯性系统能量回收的节能试验研究

　　0 前言

　　工程机械的执行机构一般采用液压驱动,运动形式多为频繁的往复运动和回转运动。由于各运动部件惯性都比较大,所以减速制动时会释放出大量的能量。这部分能量通常都消耗在液压控制阀的阀口上,不仅浪费了能量,还会导致系统发热和元件寿命的降低。采用液压马达进行能量回收成为液压驱动惯性系统节能降耗的一项有效措施。

　　回收的能量通常以机械能、液压能或电能的形式储存在储能元件当中[1-2]。近年来随着超级电容器比能量的不断提高,为惯性系统回收能量的快速储存和释放提供了一条新途径。

　　1 液压马达能量回收的基本工作原理

　　如图1所示液压驱动惯性系统中,液压执行元件的回油通向一液压马达,通过控制液压马达的流量,调节在执行元件的回油腔形成的背压p₁,控制液压执行元件的运行速度。

　　回收液压马达驱动发电机发电,电能经变频器整流并储存在电池或电容当中。需要时给电动机供电,与原动机共同驱动负载。

　　2 液压马达能量回收试验台简介

　　为了研究惯性系统采用马达回收后的节能效果,建立了液压马达能量回收试验台,其试验系统原理如图2所示。系统中液压泵由2台电动机驱动,其中M1用来模拟实际系统的原动机,如柴油机, M2作为辅助电动机,由电容器Cap供电;二位三通阀用来切换内外2种回路,以实现2种不同的试验:内回路实现能量转化效率试验,外回路驱动液压马达带动惯性轮旋转,完成能量回收试验;回收马达驱动发电机G发电,经变频器Inv将回收电能储存在电容Cap中。

　　3 能量转化性能研究

　　如图2所示,将二位三通阀切换到下工位,则泵的输出液压油经出口流量计Q₁计量之后一部分经比例溢流阀R溢流,另一部分通过驱动液压马达驱动发电机发电,电能经变频器I整流后储存在电容C当中。液压马达出口流量由流量计Q₂计量,输出转矩和转速由转矩转速仪T计量。

　　(1)静态试验。分别设定不同的比例溢流阀压力和发电机同步转速的控制信号,测定此时的发电图3 能量转化效率图流、电容的电压、比例溢流阀R的压力、回收马达的流量、转矩和转速。利用上述数据计算出液压马达和发电机的工作效率,进而可以得到系统的转化效率如图3所示。

　　由图3中的数据结果可知,系统的回收效率受发电机的转速和回收压力的影响很大。为了获得较高的回收效率,就要选取合适的回收马达和发电机工况点。

　　(2)动态试验。惯性系统在实际工作当中其负载波动比较大,能量回收受实际工况的影响较大,因此应进行能量回收的动态性能研究。