趙靜一 劉 杰 郭 言 趙偉哲 李文雷

(1. 燕山大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院， 河北秦皇島 066004； 2. 江蘇恒立液壓股份有限公司， 江蘇常州 213000；3. 秦皇島燕大一華機(jī)電工程技術(shù)研究院有限公司， 河北秦皇島 066004；4. 河北省特種運(yùn)載裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 河北秦皇島 066004)

引言

液壓馬達(dá)是大型運(yùn)輸車(chē)輛和挖掘機(jī)械設(shè)備液壓系統(tǒng)重要元件之一，液壓馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速等性能直接影響整車(chē)在不同負(fù)載和挖掘機(jī)在不同路況的行駛能力， 液壓馬達(dá)出廠前要根據(jù)出廠試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)來(lái)檢測(cè)液壓馬達(dá)的性能與可靠性[1]。鑒于液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)的功率消耗比較大，許多研究者都對(duì)液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)功率回收方式進(jìn)行研究，目前主要集中于液壓和機(jī)械功率回收兩種方式。

那烈英等[2-4]對(duì)以上兩種功率回收方式系統(tǒng)功率關(guān)系進(jìn)行分析，對(duì)液壓泵和液壓馬達(dá)的流量、轉(zhuǎn)矩匹配和系統(tǒng)功率回收效率進(jìn)行理論計(jì)算。液壓功率回收液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)中主液壓泵驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)，液壓馬達(dá)通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)輔助液壓泵轉(zhuǎn)動(dòng)。輔助液壓泵與主液壓泵輸出油液共同驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)，實(shí)現(xiàn)能量回收，系統(tǒng)中存在流量和轉(zhuǎn)矩匹配關(guān)系。通過(guò)主液壓泵控制液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)溢流閥壓力對(duì)液壓馬達(dá)加載[5]。機(jī)械功率回收液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)中用變速箱將液壓馬達(dá)的輸出能量傳遞給液壓泵，實(shí)現(xiàn)功率回收。溢流閥對(duì)液壓馬達(dá)加載，電動(dòng)機(jī)進(jìn)行機(jī)械能損失補(bǔ)償，系統(tǒng)存在流量和扭矩匹配關(guān)系及溢流損失[6-7]。

趙靜一等結(jié)合液壓與機(jī)械功率回收兩種液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種二者結(jié)合的液壓機(jī)械功率回收液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)。采用變頻電機(jī)兩端分別與主液壓泵和液壓馬達(dá)連接，液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)變頻電機(jī)進(jìn)而驅(qū)動(dòng)主液壓泵實(shí)現(xiàn)功率回收。通過(guò)對(duì)變頻電機(jī)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)對(duì)主液壓泵和液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速控制，輔助液壓泵對(duì)系統(tǒng)容積損失補(bǔ)償。系統(tǒng)利用溢流閥或輔助液壓泵加載，必須使主液壓泵和輔助液壓泵的輸出流量大于液壓馬達(dá)所需流量才能實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓馬達(dá)加載，因此系統(tǒng)中仍然存在液壓馬達(dá)和液壓泵之間流量匹配關(guān)系，同時(shí)存在溢流造成的能量損失，系統(tǒng)功率回收效率受液壓泵和液壓馬達(dá)流量匹配是否合理影響較大[8-10]。

Minav T[11]研究了利用機(jī)械勢(shì)能驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能實(shí)現(xiàn)功率回收。電功率回收液壓試驗(yàn)臺(tái)通過(guò)調(diào)節(jié)液壓泵輸出流量實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速大小控制，且采用發(fā)電機(jī)對(duì)液壓馬達(dá)加載，加載轉(zhuǎn)矩大小和方向精確可控，液壓泵和液壓馬達(dá)之間無(wú)流量和轉(zhuǎn)矩匹配關(guān)系，可以較好的實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓馬達(dá)加載和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，發(fā)電機(jī)回收電能采用儲(chǔ)能元件存儲(chǔ)或直接反饋給電動(dòng)機(jī)供電電網(wǎng)[12]。羅亞南和高強(qiáng)[13-14]分別給出了不同的電功率回收液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)，采用定量液壓泵對(duì)定量液壓馬達(dá)進(jìn)行試驗(yàn)，分別進(jìn)行了系統(tǒng)功率回收效率理論計(jì)算和試驗(yàn)工況仿真，驗(yàn)證了電功率回收方式可行性。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有電功率回收液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)功率回收原理分析，設(shè)計(jì)了一種對(duì)液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速和加載精確控制的電功率回收液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)。通過(guò)建立仿真模型，對(duì)仿真和試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析，評(píng)價(jià)試驗(yàn)臺(tái)是否能完成液壓馬達(dá)相關(guān)試驗(yàn)和實(shí)現(xiàn)功率回收。

1 電功率回收液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)原理和功率回收效率分析

電功率回收液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)原理簡(jiǎn)圖如圖1所示，通過(guò)液壓泵對(duì)液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速控制，采用發(fā)電機(jī)對(duì)液壓馬達(dá)加載，液壓馬達(dá)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能實(shí)現(xiàn)功率回收。液壓馬達(dá)在試驗(yàn)中轉(zhuǎn)速不斷變化，所以發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能頻率相位不一，不能直接并入電網(wǎng)。

1.電動(dòng)機(jī) 2.液壓泵 3.溢流閥 4.液壓馬達(dá) 5.發(fā)電機(jī)圖1 電功率回收液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)原理簡(jiǎn)圖

對(duì)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能有兩種處理方式。一種處理方式是根據(jù)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能的特點(diǎn)，通過(guò)整流或逆變，采用蓄電池或者電容儲(chǔ)存該電能，再根據(jù)驅(qū)動(dòng)液壓泵的電動(dòng)機(jī)類(lèi)型所需電能特點(diǎn)，將存儲(chǔ)電能通過(guò)整流或逆變供給電動(dòng)機(jī)。該種處理方式中電能轉(zhuǎn)換過(guò)程簡(jiǎn)單，但電能存儲(chǔ)和釋放過(guò)程中存在能量損失。

另一種處理方式是通過(guò)整流逆變和其他整合過(guò)程相結(jié)合，將發(fā)電機(jī)輸出電能處理后并入電動(dòng)機(jī)供電電網(wǎng)中，向電動(dòng)機(jī)供電。該種對(duì)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能處理過(guò)程較為復(fù)雜，但避免了電能存儲(chǔ)釋放過(guò)程能量損失。

液壓馬達(dá)在帶動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能過(guò)程中，發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為液壓馬達(dá)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，方向與液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)矩方向相反，其中發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩可以通過(guò)控制器對(duì)電動(dòng)機(jī)相關(guān)參數(shù)如勵(lì)磁電流等進(jìn)行調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)。因此可以通過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓馬達(dá)的加載轉(zhuǎn)矩大小和方向控制[15-16]。

根據(jù)電功率回收液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)原理分析，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩阻礙液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)，電磁轉(zhuǎn)矩為液壓馬達(dá)加載轉(zhuǎn)矩有：

(1)

式中，nE—— 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，r·min-1

CT—— 發(fā)電機(jī)扭矩常數(shù)

φ—— 磁通量,Wb

I—— 電樞電流，A

NE—— 發(fā)電機(jī)輸入功率，kW

TE—— 發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩,N·m

(2)

式中，TM—— 液壓馬達(dá)實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩，N·m

V—— 液壓馬達(dá)理論排量,m3·r-1

TT—— 液壓馬達(dá)理論輸出轉(zhuǎn)矩，N·m

ηmm—— 液壓馬達(dá)機(jī)械效率

Δp2—— 液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓差,Pa

(3)

(4)

Nk=NEη1=Nm1ηmmηvmη1

(5)

qmp=qtm+Δq

(6)

Δp1=10-6Δp2+Δp

(7)

(8)

式中，qtm—— 液壓馬達(dá)的理論輸入流量，L·min-1

Nm1—— 液壓馬達(dá)輸入功率,kW

qmp—— 液壓泵實(shí)際輸出流量，L·min-1

Np2—— 液壓泵輸出功率,kW

η1—— 發(fā)電機(jī)效率

ηvm—— 液壓馬達(dá)容積效率

Nk—— 發(fā)電機(jī)輸出功率,kW

Δp1—— 液壓泵進(jìn)出口壓差,MPa

Δp—— 液壓泵出口到液壓馬達(dá)入口壓力損失,MPa

Δq—— 液壓泵出口到液壓馬達(dá)入口流量損失,L·min-1

ND—— 電動(dòng)機(jī)輸入功率,kW

η2—— 電動(dòng)機(jī)效率

ηvp—— 液壓泵容積效率

ηmp—— 液壓泵機(jī)械效率

該試驗(yàn)臺(tái)功率回收效率為發(fā)電機(jī)輸出功率與電動(dòng)機(jī)輸入功率之比，可得功率回收效率K：

(9)

由式(9)可得電功率回收液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)功率回收效率與液壓泵和液壓馬達(dá)的容積效率和機(jī)械效率、液壓泵到液壓馬達(dá)的流量和壓力損失、電動(dòng)機(jī)效率和發(fā)電機(jī)效率有關(guān)。電功率回收液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)相比于其他類(lèi)型的功率回收液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)，采用發(fā)電機(jī)加載取代溢流閥加載方式，發(fā)電機(jī)與液壓馬達(dá)之間通過(guò)聯(lián)軸器連接，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且系統(tǒng)無(wú)溢流損失，有效的提高了系統(tǒng)功率回收效率。同時(shí)系統(tǒng)中無(wú)需流量補(bǔ)償液壓泵，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵輸出流量即可滿足液壓馬達(dá)所需流量，減少了電能向其他能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中能量損失，進(jìn)一步提升系統(tǒng)功率回收效率。

2 電功率回收液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 電功率回收液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)要求和實(shí)現(xiàn)方法

根據(jù)JB/T 10829—2008《液壓馬達(dá)》，對(duì)液壓馬達(dá)的試驗(yàn)包括跑合試驗(yàn)、型式試驗(yàn)和出廠試驗(yàn)。其中出廠試驗(yàn)包括容積效率、總效率和變量特性試驗(yàn)等。當(dāng)液壓馬達(dá)為變量液壓馬達(dá)時(shí)，在進(jìn)行變量特性試驗(yàn)時(shí)，需要改變液壓馬達(dá)排量進(jìn)行測(cè)試。要求試驗(yàn)臺(tái)可以完成液壓馬達(dá)出廠試驗(yàn)，同時(shí)滿足液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速和加載精確可控。為節(jié)約能量，試驗(yàn)臺(tái)需在液壓馬達(dá)試驗(yàn)過(guò)程中，采用電功率回收方式對(duì)試驗(yàn)中產(chǎn)生的多余能量進(jìn)行有效回收。

根據(jù)以上液壓馬達(dá)出廠試驗(yàn)要求和試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)要求，采用電液比例變量泵對(duì)液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速進(jìn)行閉環(huán)控制，使電液比例變量泵輸出流量隨液壓馬達(dá)期望轉(zhuǎn)速變化而不斷調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速的精確控制[17]。采用發(fā)電機(jī)對(duì)液壓馬達(dá)加載，加載轉(zhuǎn)矩大小和方向精確可控，液壓馬達(dá)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能實(shí)現(xiàn)功率回收。為減少電能存儲(chǔ)再釋放帶來(lái)能量損失，直接將發(fā)電機(jī)獲得電能通過(guò)電氣元件整合并入電動(dòng)機(jī)供電電網(wǎng)。

2.2 電功率回收液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析

電功率回收液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖2所示，主液壓泵為力士樂(lè)A4VSO250EO2電液比例變量泵，該液壓泵中控制閥型號(hào)為4WRA6V30-2X，試驗(yàn)液壓馬達(dá)為某挖掘機(jī)行走液壓馬達(dá)，其最大排量為110.7 mL·r-1，最小排量為74 mL·r-1。

系統(tǒng)中電液比例變量泵2轉(zhuǎn)速一定，通過(guò)速度傳感器17對(duì)液壓馬達(dá)13轉(zhuǎn)速檢測(cè)，將檢測(cè)轉(zhuǎn)速值與期望轉(zhuǎn)速值比較，并采用PID閉環(huán)控制對(duì)電液比例變量泵2斜盤(pán)傾角調(diào)節(jié)，控制其輸出流量，進(jìn)而控制液壓馬達(dá)13轉(zhuǎn)速達(dá)到期望值。

1.過(guò)濾器 2.電液比例變量泵 3.電動(dòng)機(jī) 4.齒輪泵 5.單向閥 6.比例溢流閥 7.溢流閥 8.三位四通電磁換向閥 9.定差減壓閥 10.二位三通電磁換向閥 11.液控單向閥 12.流量傳感器 13.液壓馬達(dá) 14.聯(lián)軸器 15.轉(zhuǎn)矩傳感器 16.轉(zhuǎn)矩顯示器 17.轉(zhuǎn)速傳感器 18.剎車(chē)盤(pán) 19.發(fā)電機(jī) 20.電柜 21.冷卻風(fēng)扇圖2 電功率回收液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)原理圖

發(fā)電機(jī)19通過(guò)聯(lián)軸器14和剎車(chē)盤(pán)18與液壓馬達(dá)13連接，發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩為液壓馬達(dá)加載轉(zhuǎn)矩，方向與液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)矩方向相反,剎車(chē)盤(pán)用于制動(dòng)。通過(guò)轉(zhuǎn)矩傳感器15檢測(cè)發(fā)電機(jī)對(duì)液壓馬達(dá)加載轉(zhuǎn)矩大小和方向，反饋到控制器對(duì)發(fā)電機(jī)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩大小和方向符合液壓馬達(dá)期望加載轉(zhuǎn)矩的大小和方向。該種加載方式中系統(tǒng)壓力小于溢流閥設(shè)定壓力，無(wú)溢流損失。發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能通過(guò)電柜20中相關(guān)電氣元件整合后直接并入電動(dòng)機(jī)供電電網(wǎng)，向電動(dòng)機(jī)3供電。

三位四通電磁換向閥8與二位三通電磁換向閥10.1和10.2分別控制液壓馬達(dá)13進(jìn)油和出油方向，從而控制液壓馬達(dá)13回轉(zhuǎn)方向。通過(guò)二位三通電磁換向閥10.3和X1口使液壓馬達(dá)斜盤(pán)切換至最小排量處，通過(guò)二位三通電磁換向閥10.4和X2口使液壓馬達(dá)斜盤(pán)切換至最大排量處。

以上設(shè)計(jì)的電功率回收液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)相比于其他類(lèi)型液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)，液壓泵和液壓馬達(dá)之間無(wú)需流量匹配計(jì)算，通過(guò)閉環(huán)控制使電液比例變量泵輸出流量與系統(tǒng)在液壓馬達(dá)期望轉(zhuǎn)速下所需流量完全匹配，系統(tǒng)無(wú)溢流損失。采用發(fā)電機(jī)對(duì)液壓馬達(dá)加載取代了溢流閥或輔助液壓泵加載方式，加載轉(zhuǎn)矩大小和方向精確控制，且可以連續(xù)調(diào)節(jié)，試驗(yàn)范圍更廣。

3 電功率回收液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)功率回收效率仿真

3.1 系統(tǒng)仿真模型

仿真模擬液壓馬達(dá)在最大排量和最小排量時(shí)，加載和轉(zhuǎn)速不同的試驗(yàn)條件下系統(tǒng)功率回收效率，仿真模型如圖3所示。在仿真模型中將液壓馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速與期望轉(zhuǎn)速比較，通過(guò)PID閉環(huán)控制調(diào)節(jié)電液比例變量泵的排量系數(shù)，對(duì)電液比例變量泵排量控制，進(jìn)而對(duì)電液比例變量泵輸出流量調(diào)節(jié)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速控制。為簡(jiǎn)化仿真模型，在仿真中直接采用控制信號(hào)控制液壓馬達(dá)加載轉(zhuǎn)矩大小和方向。

圖3 電功率回收液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)AMESim模型

3.2 系統(tǒng)功率回收效率仿真分析

由于控制油路的齒輪泵的壓力和流量都較小，在計(jì)算系統(tǒng)功率回收效率時(shí)驅(qū)動(dòng)控制油路齒輪泵的電動(dòng)機(jī)輸入功率不計(jì)算在內(nèi)。系統(tǒng)功率回收效率為發(fā)電機(jī)輸出功率與驅(qū)動(dòng)電液比例變量泵的電動(dòng)機(jī)輸入功率之比。由于液壓馬達(dá)和液壓泵理論特性，液壓馬達(dá)和液壓泵的容積效率和機(jī)械效率隨工況變化也在變化。因此為更好的模擬試驗(yàn)條件下系統(tǒng)功率回收效率，在仿真中根據(jù)液壓馬達(dá)加載與轉(zhuǎn)速條件不同，對(duì)液壓馬達(dá)和電液比例變量泵的容積效率和機(jī)械效率進(jìn)行不同設(shè)置。

液壓馬達(dá)處于最大排量和最小排量時(shí)，在不同加載與轉(zhuǎn)速下系統(tǒng)功率回收效率分別如圖4a和圖4b所示，在液壓馬達(dá)加載與轉(zhuǎn)速不同時(shí)由于液壓馬達(dá)和電液比例變量泵的容積效率與機(jī)械效率不同使得系統(tǒng)功率回收效率也不同，與式(9) 計(jì)算分析一致。液壓馬達(dá)在最大排量和最小排量時(shí)，在如圖4仿真中所示加載與轉(zhuǎn)速不同組合下，系統(tǒng)功率回收效率最大值為71.3%，最小值為38.9%，該試驗(yàn)臺(tái)可以有效實(shí)現(xiàn)能量回收。

4 電功率回收液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)分析

在進(jìn)行試驗(yàn)之前對(duì)速度傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器和流量傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在試驗(yàn)臺(tái)合格性試驗(yàn)中，試驗(yàn)液壓馬達(dá)為合格液壓馬達(dá)。采用試驗(yàn)液壓馬達(dá)在該試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，將試驗(yàn)液壓馬達(dá)測(cè)試數(shù)據(jù)和規(guī)格數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，確認(rèn)該液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)是否設(shè)計(jì)合理，能否進(jìn)行相關(guān)液壓馬達(dá)的出廠試驗(yàn)。江蘇恒立液壓股份有限公司對(duì)電功率回收液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行生產(chǎn)。為提高系統(tǒng)功率回收效率，發(fā)電機(jī)采用定制ABB變頻發(fā)電機(jī)，將發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能經(jīng)電氣元件整合后，并入電動(dòng)機(jī)供電電網(wǎng)，用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。試驗(yàn)臺(tái)整體如圖5a所示，試驗(yàn)臺(tái)液壓馬達(dá)安裝處如圖5b所示。試驗(yàn)臺(tái)在電液比例變量泵額定壓力35 MPa和電機(jī)轉(zhuǎn)速1500 r·min-1下輸出流量375 L·min-1范圍內(nèi)都可以進(jìn)行相關(guān)液壓馬達(dá)試驗(yàn)。

圖4 電功率回收液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)功率回收效率

圖5 電功率回收液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)實(shí)物圖

液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速設(shè)置為1000 r·min-1且不加載，分別將液壓馬達(dá)排量調(diào)至最大和最小，測(cè)出液壓馬達(dá)最大排量值與最小排量值如表1所示，通過(guò)與規(guī)格值比較可得該試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

表1 液壓馬達(dá)最大排量與最小排量測(cè)試值

表2 液壓馬達(dá)試驗(yàn)數(shù)據(jù)與系統(tǒng)功率回收效率

在試驗(yàn)時(shí)液壓馬達(dá)最大排量和最小排量下加載和轉(zhuǎn)速不同組合，得到液壓馬達(dá)的容積效率、機(jī)械效率、總效率和系統(tǒng)功率回收效率如表2所示，液壓馬達(dá)的容積效率與機(jī)械效率值都在規(guī)格值范圍內(nèi)，試驗(yàn)臺(tái)性能良好。由表2可以看出在加載增大而轉(zhuǎn)速減小的試驗(yàn)條件下，系統(tǒng)功率回收效率與液壓馬達(dá)總效率隨液壓馬達(dá)容積效率下降和機(jī)械效率上升而先增大后減小，存在最大值。對(duì)該液壓馬達(dá)試驗(yàn)時(shí)，系統(tǒng)功率回收效率最大值為71%和最小值為38%，與仿真結(jié)果接近。

為進(jìn)一步研究系統(tǒng)功率回收效率特性，在液壓馬達(dá)最大排量和最小排量時(shí)加載增大而轉(zhuǎn)速減小組合下進(jìn)行多組試驗(yàn)，分別得到液壓馬達(dá)最大和最小排量時(shí)總效率與系統(tǒng)功率回收效率變化曲線如圖6a和圖6b所示。從圖6可以看出，系統(tǒng)功率回收效率與液壓馬達(dá)總效率變化趨勢(shì)一致，系統(tǒng)功率回收效率與液壓馬達(dá)總效率正相關(guān)。

圖6 液壓馬達(dá)總效率與系統(tǒng)功率回收效率變化曲線

在該設(shè)計(jì)系統(tǒng)中電液比例變量泵驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)，因此電液比例變量泵工況隨液壓馬達(dá)工況變化，電液比例變量泵與液壓馬達(dá)的容積效率和機(jī)械效率變化趨勢(shì)一致。因此在液壓馬達(dá)加載增大而轉(zhuǎn)速減小的試驗(yàn)條件下電液比例變量泵與液壓馬達(dá)的容積效率下降而機(jī)械效率上升，總效率存在最大值。結(jié)合式(9)計(jì)算分析系統(tǒng)功率回收效率與液壓馬達(dá)和液壓泵總效率相關(guān)，因此在液壓馬達(dá)加載增大而轉(zhuǎn)速減小的試驗(yàn)條件下，系統(tǒng)功率回收效率與液壓馬達(dá)總效率正相關(guān)，二者變化趨勢(shì)一致，同時(shí)系統(tǒng)功率回收效率存在最大值，與圖6所示一致。

5 結(jié)論

(1) 通過(guò)對(duì)電功率回收液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)工作原理分析和功率回收效率計(jì)算，得到系統(tǒng)功率回收效率與液壓馬達(dá)和液壓泵的容積效率和機(jī)械效率相關(guān)，而液壓馬達(dá)和液壓泵的容積效率和機(jī)械效率在不同加載和轉(zhuǎn)速組合下是變化的，因此系統(tǒng)功率回收效率也是變化的；

(2) 采用電液比例變量泵對(duì)液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速進(jìn)行閉環(huán)控制，電液比例變量泵排量隨液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速變化隨動(dòng)調(diào)節(jié)，且系統(tǒng)采用發(fā)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩加載，加載精確可控。相比于其他類(lèi)型的功率回收液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)，所設(shè)計(jì)電功率回收液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)不需要轉(zhuǎn)矩和流量匹配計(jì)算，在電液比例變量泵輸出額定壓力和流量下可以進(jìn)行不同規(guī)格液壓馬達(dá)的相關(guān)試驗(yàn)，試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)范圍更廣。 將試驗(yàn)液壓馬達(dá)相關(guān)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)與規(guī)格值對(duì)比，符合規(guī)格值范圍，該試驗(yàn)臺(tái)測(cè)得數(shù)據(jù)精確可靠，試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)合格，能夠滿足液壓馬達(dá)出廠試驗(yàn)要求；

(3) 仿真和試驗(yàn)在液壓馬達(dá)加載和轉(zhuǎn)速相同時(shí)，得到的系統(tǒng)功率回收效率接近。在液壓馬達(dá)加載增大和轉(zhuǎn)速減小的試驗(yàn)條件下，液壓馬達(dá)的容積效率和機(jī)械效率變化相反，液壓馬達(dá)總效率存在最大值。系統(tǒng)的功率回收效率與液壓馬達(dá)總效率正相關(guān)且變化趨勢(shì)一致，在該試驗(yàn)條件下系統(tǒng)功率回收效率也存在最大值。在對(duì)該行走液壓馬達(dá)試驗(yàn)時(shí)該電功率回收液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)功率回收效率最大值為71%。該研究對(duì)液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)電功率回收方式的實(shí)際應(yīng)用和功率回收效率分析具有指導(dǎo)意義。