一种车载液压恒速发电系统.pdf

液 压 气 动 与 密 J rd - ／2 0 1 5年 第 1 0期 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 8 - 0 8 1 3 ． 2 0 1 5 ． 1 0 ． 0 2 5 一 种车载液压恒速发电系统 卢学渊 ， 杨 红 ， 白清鹏 力源液压系统有限公司 ， 贵州 贵阳5 5 0 0 1 8 摘 要 驻车或行驶中的汽车发动机以恒定或变化转速驱动L 1 0 V恒压／ 流量变量泵， 在变量泵出口采用所需的固定节流孔， 并把节流 孔后压力反馈回变量泵控制口， 使之输 出与负载无关的恒定流量驱动液压马达恒速运转， 恒速液压马达再驱动永磁发电机进行发 电。该车载恒速液压发电系统具有驻车或行车发电功能、 控制简单 、 单位重量功率大 、 体积小巧等特点。 关键词 变量泵； 恒定流量； 固定节流孔 ； 恒速； 发电 中图分类号 T H1 3 7 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 5 1 0 0 0 7 6 0 3 Th e Ve hi c l e Hyd r a u l i c Co n s t a n t S pe e d Po we r Ge n e r a t i o n S y s t e m L UX u e - y u a n ， Y A NGHo n g , B A I Q i n g - p e n g L i y u a n H y d r a u l i c S y s t e m C o ． ， L t d ． ， G u i y a n g 5 5 0 0 1 8 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e p a r k i n g o r d ri v i n g i n t h e C ar e n g i n e wi t h c o n s t a n t o r v a ria b l e s p e e d d ri v e L1 0 V c o n s t a n t p r e s s u r e／ flo w v a r i a b l e p u mp ， u s i n g th e fix e d thr o t t l e h o l e i n t h e o u t l e t o f t h e v a ria b l e p u mp a n d t h e t h r o t t l e p r e s s u r e f e e d b a c k b a c k t o t h e c o n t r o l v a ria b l e p u mp e x p o r t ， S O t h a t t h e o u t p u t a n d l o a d c o n s t a n t fl o w i n d e p e n d e n t d r i v e h y d r a u l i c mo t o r c o n s t a n t s p e e d ， c o n s t a n t s p e e d h y dra u l i c mo t o r t o d riv e t h e p e r ma n e n t m a g n e t g e n e r a t o r t o g e n e r a t e e l e c t r i c i t y ． Th e v e h i c l e c o n s t an t s p e e d h y dra u l i c p o we r g e n e r a t i o n s y s t e m h a s t h e f e a t u r e s o f p a r k i n g o r d r i v i n g p o we r g e n e r a t i o n ， c o n t r o l ， l a r g e u n i t we i g h t , c o mp a c t s i z e a n d S O o n ． ． K e y wo r d s v a r i a b l e p ump ； c o n s t a n t fl o w； fi x e d o rifi c e ； c o n s t a n t s p e e d ； e l e c t r i c i t y g e n e r a t i o n 0 引言 民用或军用车辆除了能够完成特定功能外， 必须 还能够在停车或行车时带动发电机发电。要发 出稳定 电压和频率的电源， 需保持发电机恒定转速 ， 这在车辆 停车时很容易实现， 但车辆在行车过程中发动机转速 是随机变化的， 这就需要通过其他液压或机械控制方 式保证行驶过程发电机恒速工作。车载发电方式一般 有机械传动方式、 车载柴油发动机方式和液压传动方 式三种。机械传动方案由于机械调速困难、 体积大以 及布置困难等缺点， 一般只适合于停车发电； 车载柴油 发动机发电方案 由于要另外增加一 台柴油发动机而带 来了布置上 的困难 ， 由于车辆 布置空间有 限而导致具 有发电功率不可能 大的缺点 ， 一般只适 于小功率备用 发电系统。液压传动方案具有单位重量功率大、 体积 小而布置灵活、 现代电子技术与液压技术高度结合等 特点。目前液压传动方案一般是采用进口比例泵通过 速度反馈进行P I D闭环控制驱动定量马达带动励磁发 电机进行发电， 其控制系统较为复杂， 励磁发电机外形 较大、 重量较重， 发电质量不高。 收稿 日期 2 0 1 5 - 0 6 2 3 作者简介 卢学渊 1 9 7 8 一 ， 男， 贵州贵阳人， 高级工程师 ， 本科 ， 主要从 事液压测试系统设计工作。 7 6 本文车载液压恒速发 电系统是 以发动机驱动 L 1 0 V恒压／ 流量变量泵 ， 在变量泵 出口采用所需的固定 节流孔 ， 并把节流孔后压力反馈 回变量泵控制 口， 使之 输 出与负载无关 的恒定流量驱动液压马达恒速运转 ， 恒速液压马达再驱动永磁发 电机进行发电。该车载恒 速液压发电系统具有驻车或行车发电功能、 控制简单、 单位重量功率大、 体积小巧、 发电品质高等特点。 1 工作原理 车载液压恒速发电系统工作原理见图 1 ， L 1 0 V变 量泵 1 2 与补油泵 1 3 串联， 由车载发动机 1 9 驱动， L 1 0 V 变量泵 l 2 为恒速液压马达 1 7 提供液压油源 ， 从而驱 动 发电机 1 6 发电。L I O V变量泵 1 2 与恒速液压马达 l 7 形 成闭式系统 ， 补油泵 1 1 为闭式系统进行补油和散热。 L 1 0 V变量泵 1 2 采用 D F R 恒压， t 亘流量 控制方 式， 结合出口固定节流孔 1 5 ， 使发动机 1 9 在不同转速 下驱动 L 1 0 V变量泵 1 2 均能输 出恒定流量 ， 以保证恒速 液压马达 l 7 以恒定转速驱动发 电机 1 6 ， 经过逆变器 2 0 变换后输出所需的电能给设备。固定节流孑 L 1 5 的孔径 大小根据恒速液压马达 1 7 所需恒定转速 的流量及节流 孔前后压差 ， 经过理论计算可初步确定尺寸。安全阀 1 4 对系统进行最高压力保护 ， 溢流阀2 0 对系统补油压 力进行设定和调节 。风冷散热器 1 对 闭式系统的补油 进行散热 ， 回油油滤 2 对补油油液进行过滤 。其他所需 Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 1 0 ． 2 O l 5 辅件与以上 主要元件构成 了一套完整的闭式液压 系统。 2 ． 2 L 1 0 V变量泵 出口固定节流孔的确定 基 于 L 1 0 V 4 5 变量泵 1 2 采用 D F R 恒压／ 恒流量 控 制方式 ， 固定节流孔 1 5 孔径 大小和前后压差决定 了变 量泵输出流量。固定节流孔 1 5 按孔口节流的计算公式 如下 式 中 g 流量 ， g 3 1 ． 6 2 ． 4 L ， mi n ； C 流量系数 ， C 0 ． 6～0 ． 6 1 ； 卜风冷散热器 2 一 回油油滤 3 一 液位继 电器 4 一 液位计 5 一 加油 口 6 一 液压油箱 7 一 空气滤清器 8 一 补油集成块 9 一 单向阀 1 0 - 液压软管 1 1 - 补油泵 1 2 一 变量泵 1 3 一 液压泵组 1 4 一 安全阀 1 5 一 固定节流孔 1 6 一 永磁发电机 1 7 一 恒速液压马达 1 8 一 发电机组 l 9 一 发动机 2 O 一 溢流阀 2 卜逆变器 图 1车载液压恒速发电系统原理 2 系统参数匹配 下面以某型车载液压恒速发 电系统参数进行匹配 说明。发动机 1 9 转速在7 0 0 2 5 0 0 r ／ m i n 范围变化时， L I O V变量泵 1 2 结合固定节流孔 1 5 ， 其排量应在一定范 围内对应变化 ， 以保证恒流量输 出。 根据发电机输出功率 1 2 k W， 转速2 5 0 0 2 0 0 r ／ m i n ， 恒速液压马达1 7 采用 L 2 F 1 2 定量马达， 排量为 1 2 m L ／ r ， 系统额定流量3 1 ．6 2 ．4 L ／ m i n ， 最高压力2 8 M P a 。 2 ． 1 L 1 0 V变量泵排量确定 由于发动机 1 9 转速在 7 0 02 5 0 0 d mi n范围变化时 要求 L 1 0 V恒压， 流量变量泵输出恒定流量 3 1 ． 6 L ／ mi n ， 通 过计算 L 1 0 V变量泵 1 2 排量对应范围为4 7 - 3 1 3 ． 3 mL ／ r ， 见图2 发动机转速与变量泵排量变化曲线图 理想状 态 。变量泵可选取L 1 0 V 4 5 ， 其最大排量为4 7 ．3 m L ／ r 。 三 4 姜 删 枯 嘲l 俄 发动机转速 n ／ r rai n 。 图2发动机转速与变量泵排量变化曲线图 却 孔 口前后压差 ，△ p 1 ．4 1 0 P a ； P油液密度 ， P 0 ． 8 x1 0 k g ／ mm ； A 孔 口面积 ， mm 。 把 以上 已知参数带人公式 ， 孔 口节 流孔 的直径 在 5 ． 9 3 ～6 ． 4 5 mm范围。通过现场调整可在其范围内选取 适合的值 。 2 ． 3系统匹配 民用或军用车载系统由于空间限制， 要求车载液 压恒速发电系统外形结构小巧、 重量轻、 方便布置、 较 强的高原适应性 ， 所 以该系统采用 闭式系统 。通过 L 1 0 V变量泵 1 2 尾部串联齿轮泵为闭式系统进行补油 和散热。由于L 1 0 V变量泵常用于开式系统 ， 需对其油 封、 轴承、 转子柱塞摩擦副的材料进行改进， 以适用于 高速高压闭式液压系统 。其他的辅件如液压油箱 6 、 散 热器 1 、 回油油滤 2 、 溢流阀 2 0等均按 闭式 系统 的要求 进行设计。 3 系统布置 1 2 k W 车载恒速发 电系统外形 图见图3 ， 1 2 k W车载 液压发电液压系统外形尺寸为 8 0 0 mmX 5 0 0 mmX 6 4 0 m m 长 宽 高 ， 重量约为8 0 k g 。1 2 k W车载发电系统总重 量 为 车载发 电液压 系统重量 8 0 k g ， 含发 电机重量 变量泵重量 3 0 k g 逆变器重量 3 0 k g -- 1 4 0 k g 。可见 该种车载发电系统外形小巧、 重量轻 ， 便于车辆安装和 运载 。 图3 车载恒速发电系统外形图 液 压 气 动 与 密 d - ／2 o 1 5爿 l O期 4 试验验证 车载液压恒速发电系统通过采用变频电机驱动模 拟发动机 、 电加热器模拟负载 ， 进行地 面模拟试验 ， 对 其发电系统静态和动态特性进行了验证试验， 分别见 图4 、 图5 、 图6 和图7 相关的特性曲线图。 ●c 晕 弋 辩 1打 趟 燃 负载 压力空载 负载压力1 O MP a 负载 压力2 0 MP a 负载 压力2 5 MP a 液压泵转速／ r mi n 图4变量泵转速与发电机转速特性曲线 ～ 遥 臻 负载压力／ MP a 图6负载压力与发电机频率特性曲线 鹃3 3 7 6．3 l 1 ． 4 l 9 ．6 2 2 ．7 负载压J J ／ MP a 图7负载压力与发 电机 电压特性 曲线 通过试验 ， 车载恒速发电系统的发 电机输 出频率 为4 7 0 2 0 H z ， 电压为 4 0 0 4 0 V， 经过逆变器变换输出电 源频率稳态和动态特性调整率均≤ O ．5 ％， 稳定时间≤ 0 ．5 s ， 电压稳态调整率≤ 0 ．5 ％， 动态调整率≤ 1 0 ％， 稳 定 时间≤0 ． 5 s 。其输 出的电源可满足国军标 I 类及 I I 类 电站性能要求。 5 特点 本文 的车载恒速发 电系统与传统车载发 电系统 比 较 ， 具有以下特点 1 该发电系统控制简单， 恒速特性好， 发出的电 源品质高； 2 小巧 、 易于集成布置 ， 所 占空间和重量为同功 率发动机拖动的发电机系统的 1 ／ 4～1 ／ 8 ； 3 成本低 ， 不需要单独发动机驱动 ， 可用于行走 或其他功能的发动机一取力 口进行取力 ， 同时液压元 性能稳定、 价格便宜， 使用维护方便 ； 4 机动性强 ， 能方便实现行车或驻车发电； 5 可靠性 高 ， 液压系统元件均是成熟产 品 ， 性能 稳定可靠。 6 结束语 移动式电站 已经成为野外作业 或军事用途车辆装 备不 可或缺 的一部分 ， 液压传动与控制技术 已经成为 实现车载发 电系统 的主流技术途径之一 。本文通过对 采用 L 1 0 V恒压／ 恒流量变量泵驱动永磁发 电机的发电 系统进行 了研究设 计 ， 并进行 了试 验 ， 其 试验结果表 明， 该系统稳定可靠， 发电控制系统理想 ， 可用于军事、 舰船 、 工程机械 、 消防等民用和军用等领域 ， 同时可应 用于各种较为恶劣的环境工况。 参考文献 【 1 】 夏胜枝， 周明， 等． 新型特种电源车的系统方案与性能研究 [ J ] ． 液压与气动， 2 0 0 3 ， 7 ． [ 2 ] 郭初生． 行车发电系统控制方法与仿真研究【 D 】 ． 北京 北京 理工大学 ， 2 0 0 5 ． 【 3 】 郭锋． 车载液压发电系统建模与仿真【 D J ． 天津 军事交通学 院， 2 0 0 7 ． [ 4 】 王春行． 液压控制系统【 M ] ． 北京 机械工业出版社， 1 9 9 9 ． 【 5 】 李进 ， 等． 新型电源车动力控制系统设计 田[ J ] ． 公路交通科 技， 2 0 0 4， 3 ． [ 6 ]6 雷天觉． 液压工程手册[ M】 ． 北京 北京理工大学 出版社 ， 1 9 9 8 ． 【 7 】 李状云． 液压元件与系统【 M】 ． 北京 机械工业出版社 ， 1 9 9 9 ． 液压气动与密封 杂志2 0 1 6 年征订启事 欢迎您订阅 液压气动与密封 杂志， 我刊为月刊， 每期定价 1 2 元 ， 全年定价为 1 4 4 元， 请直接到您当地邮局柜台办理订 阅， 可方便准确获取杂志， 我刊邮发代 号 8 2 - 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