基于負流量反饋變量泵的移動液壓發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計與試驗

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(1.杭州科技職業(yè)技術(shù)學院 信息工程學院， 浙江 杭州　311400； 2.丹納森工程裝備杭州有限公司， 浙江 杭州　311100)

引言

通常在野外作業(yè)的工程機械上想要具備一個與電網(wǎng)等效的發(fā)電裝置，可以為便攜式電動工具、工作場所照明、微波爐及空調(diào)等常用電器設(shè)備提供220 V或者380 V的50 Hz的交流電源，比較常用的方式是采用一臺柴油機或者汽油機驅(qū)動一套常規(guī)發(fā)電機進行發(fā)電[1,2]，這種方式的缺點是發(fā)電設(shè)備整體的重量和體積都很大，同時副發(fā)動機一般安放在車廂里面，導致噪聲大，容易產(chǎn)生車廂內(nèi)有毒廢氣，還有副發(fā)動機故障率高，操作不便等問題?，F(xiàn)在國際上有另外一種發(fā)電模式，通過利用液壓取液方式，將工程機械上原裝的發(fā)動機驅(qū)動的液壓泵源所輸出的液動力取出后驅(qū)動液壓發(fā)電機進行發(fā)電，同時又較少影響原有液壓系統(tǒng)的正常工作。當然當主泵的輸出流量不足以驅(qū)動液壓發(fā)電機加上原有系統(tǒng)里面液壓元件一起工作時，本系統(tǒng)會確保液壓發(fā)電機正常工作，其余設(shè)備相應(yīng)減慢速度工作。本研究以最常見的采用負流量反饋控制方式的挖掘機上加裝一套液壓發(fā)電機為例，說明該方法的原理和試驗結(jié)果。

1　負流量反饋控制

如圖1所示，采用負流量反饋控制方式控制的前泵4，其排量通過X1口壓力大小控制斜盤角度，從而控制前泵4的輸出流量；當前泵4輸出高壓油后，直接進入中通疊加式三位六通比例換向多路閥7，如果沒有任何元件動作，則高壓油經(jīng)過中位直接到達流量檢測元件8，經(jīng)過它回到油箱10，由于流量檢測元件8口徑非常小，一般經(jīng)過幾升/分鐘的液壓油后其前端會建立起20～30 bar左右的壓力，這個壓力通過管路反饋到前泵的排量控制口X1口，用于控制前泵的輸出流量[3]，實現(xiàn)變量控制的目的。后泵5的控制方式與前泵4的一樣，不再贅述。

圖1　負流量反饋式控制機理

2　液壓取液系統(tǒng)

如圖2所示，主泵采用負流量反饋控制方式，在前泵4的p1口夾入一組取液閥12，在p4路不工作的情況下，油液從取液閥p1口進入，經(jīng)過閥口后直通到p3口，再進入原有液壓中通式多路閥7，去驅(qū)動挖機原有執(zhí)行元件，多余的油液經(jīng)過一個流量檢測元件8回到油箱10，從流量檢測元件8前端引控制油壓回到前泵的斜盤控制口X1控制前泵4的輸出流量，達到變量控制的目的[4]。取液閥p4口后面可以并聯(lián)連接需要驅(qū)動的閥和執(zhí)行元件，比如可以連接電磁換向閥15加定速閥14，去驅(qū)動需要額定流量的液壓發(fā)電機13進行發(fā)電。

3　液壓發(fā)電機系統(tǒng)

液壓發(fā)電機是利用液壓馬達驅(qū)動一個發(fā)電機進行發(fā)電的設(shè)備，如圖3所示，在相同發(fā)電功率下，其體積只有燃油發(fā)電機系統(tǒng)的25%左右，適合在移動車輛上應(yīng)用。在系統(tǒng)中，給液壓馬達輸入一定流量的液壓油，就可以使液壓發(fā)電機正常工作，其輸入液壓油的壓力根據(jù)液壓發(fā)電機的負載大小變化而變化[5]。

圖2　負流量反饋式泵加裝液壓發(fā)電機原理

圖3　液壓發(fā)電機

4　試驗研究

4.1　利用阻性負載的液壓發(fā)電機特性分析

按照圖2原理圖，利用一臺負流量反饋控制模式的挖機加一套DYNASET 15 A400 V液壓發(fā)電機，用電熱器作為發(fā)電機負載，進行測試，結(jié)果如表1所示。

表1　液壓發(fā)動機試驗

從測試可以看出，負載的大小對液壓流量幾乎沒有影響，因此對發(fā)電機電壓也影響不大；液壓壓力與負載的大小成正比，同比例增加的還有發(fā)電機的單相電流。

4.2　利用2.2 kW電動機作為負載的液壓發(fā)電機特性分析

當液壓發(fā)電機驅(qū)動電動機時，電動機啟動時容易形成超大啟動電流，會引起液壓壓力瞬間超過額定的壓力。我們用一個額定功率2.2 kW的三相電動機作為負載進行試驗，電動機空載，電動機正常運行后的液壓壓力是6 MPa，流量是60 L，負載電壓是400 V，電流是3 A，換算功率是3×400×1.732×0.81=1.7 kW。當電動機啟動瞬間電流出現(xiàn)7.5 A，8 A的超調(diào)現(xiàn)象，電動機啟動瞬間液壓壓力到15 MPa，如圖4所示，然后馬上回到6 MPa。

圖4　電動機開啟的液壓壓力特性曲線

如果要驅(qū)動1個2.2 kW的電動機，可以用限制最大壓力的方法，把液壓壓力限制在12 MPa，那么啟動時液壓的最高壓力就不會超調(diào)到12 MPa以上。我們試驗時將系統(tǒng)壓力設(shè)定在12 MPa，在2.2 kW電動機啟動瞬間最高液壓壓力就是12 MPa，然后等電動機

啟動后回到6 MPa正常運行，當然相應(yīng)的啟動時間會加長些，用這個方法可以有效克服感性負載啟動瞬間的超大電流的問題。

5　結(jié)論

在采用負流量反饋控制方式控制的工程機械上，利用液壓取液方式驅(qū)動一臺液壓發(fā)電機可以有效解決工程機械野外作業(yè)時急需的交流電源問題。通過試驗，證明可以利用工程機械自帶的液壓泵源驅(qū)動液壓發(fā)電機，同時不影響工程機械原有機構(gòu)運行。采用液壓限制最高壓力的方式可以有效克服感性負載啟動瞬間的超大電流的問題。

參考文獻：

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[3]田茂貴.液壓泵的機、電、液變量控制[J].現(xiàn)代機械,1992,(3):38-40.

[4]湯勝利,王輝,南建武,王乾剛.液壓發(fā)電機液壓系統(tǒng)的恒速控制及改進優(yōu)化研究[J].石油天然氣學報,2005,(6):974-975.

[5]雷天覺.新編液壓工程師手冊[M].北京：北京理工大學，1998.

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