功率回收型挖掘机液压泵及马达测试技术开发.pdf

研 究与 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 9 - 9 4 9 2 ． 2 0 1 3 ． 0 3 ． 0 1 3 功率回收型挖掘机液压泵及马达测试技术开发 王起新 ，侯小华 ，肖浪 ，黄志坚 1 ． 广州市新欧机械有限公司，广东广州 5 1 0 7 3 0 ；2 ． 广东工业大学，广东广州 I 5 1 0 0 0 6 摘要液压测试台与其他工业产品一样 ，节能 、 减排技术已经成为研究的重要方向之一。分析比较了不同能量回收的方案之 后，提出了对挖掘机的液压泵、马达能量回收方案。简化液压系统，在A M E s i m环境下建立了模型， 利用软件进行仿真，对功 率回收率进行验证。 关键词功率回收；液压泵和马达测试系统；仿真；A M E S i m ；节能 中图分类号 T H1 3 7 ． 5 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 99 4 9 2 2 0 1 3 0 30 0 5 50 4 Po we r Re c o v e r y Ty pe Ex c a v a t o r Hy dr a ul i c Pu m p M o t o r Te s t Te c hno l og y De v e l o pm e nt WA N G Q i x i n ，H O U Xi a o h u a。 ，X I A O L a n g ，HU A N G Z h i - j i a n 1 ． G u a n g z h o u Xi n o n Ma c h i n e r y C o ． ，L t d ， G u a n g z h o u 5 1 O 7 3 O ，C h i n a ；2 ． G u a n g d o n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， G u a n g z h o u 5 1 0 0 0 6，C h i n a Abs t r a c t L i k e o t h e r i n d u s t r i a l p r o d uc t s， t e c h n o l o g y o f e n e r gy s a v i n g， e mi s s i o n r e d u c i ng h a s b e c o me o n e o f t h e i mp o r t a n t r e s e a r c h d i r e c t i o n s i n d e s i g n i n g h y d r a u l i c t e s t s y s t e m．An d a f t e r a n a l y z i n g a n d c o mp a r i n g t h e d i f f e r e n t e n e r g y r e c y c l i n g p r o g r a m ， t h e t h e s i s p r o p o s e s t h e e n e r gy r e c y c l i n g p r o p o s a l wh i c h i s mo s t s u i t a b l e f o r t hi s t o p i c ． S i mp l i f y i n g t h e h y d r a u l i c s y s t e m， t h e p a p e r b u i l d s t h e mo d e l s u n d e r AMES i m e nv i r o n me n t ， b y u s i n g s o ft ware s i mu l a t i o n，v e r i f y t h e po we r r e c o v e r y ． Ke y WO r ds p o we r r e c y c l i n g； h y dr a u l i c p u mp a n d mo t o rt e s t s y s t e m ； s i mu l a t i o n； AME S i m ；e n e r g y s a v i n g O引言 随着工业生产 和科学技术的迅速发展 ，液压 传动和控制装置的应用领域不断扩大 ，对液压元 件 、组件和系统的品种及性能所提 出的要求也越 来越高 ，因此 ，对原有产 品进行分析和改进 以及 开展液压传动及控制领域 的基础研究 、设计 和研 制合乎要求 的产品 ，以满足各种用途 的需要 ，自 然就成为液压科技人员 的重要任务 i ll 。在从事上 面所叙述 的工作 中，液压测试 是一项必要而且重 要的工作 。 1 测试系统技术方案设计 液压试验的主要作用是检验被测试元件或者 系统在国家测试标准规定输入下的输出特性是否 满足国家测试标准规定 。本系统是为全面了解变 量柱塞泵 、马达静态特性 、工作性能而设计 的试 验系统 ，其属于出厂试验 ，根据液压泵 、马达试 验 的国家标准 ，测试要求和工程要求 ，本文确定 的被试液压泵、马达性能测试系统方案总框图如 图 1 所示。 图1 液压变量柱塞泵、马达性能测试系统方案总框图 液压泵 、马达性能测试 系统主要 由两大部分 组成 液压试验 系统和测控系统 。液压试验系统 的动力 源 ，是 由变频器和变频 电动机构成 ，可以 收稿 日期 2 0 1 21 01 9 E 二 ] 二 与开发 实现变频器变频调速 ；测试系统 的测试 回路采用 开 、闭式 回路共 存 的形 式 ，可 以根据不 同的需 求 ，运用阀动作 、联管 的变化进行切换 。加载 回 路是通过插装式比例溢流阀来实现。测控系统是 由上位机和P L C 两部分构成。 2 功率回收式测试系统液压 系统的原理与组 成 功率 回收式试验系统如图 2 所示 。它包 括被 试液压马达2 或加载液压马达 和加载液压泵3 f或 被试液压泵 ，二者同轴相联 ，转速相 同。变量泵 1 与被试液压马达2 并联 ，使被试液压马达 2 的进 口和加载液压泵 3的出 口建立起 试验压力 。在 测试过程 中，随着溢流阀4的调定 ，试验系统的 工作压 力 P 即液压 马达进油 压力 将 随之 升 高。被试液压 马达 2 或加载液压马达 输 出转 矩反馈带动加载液压泵 3 或被试液压泵 。而加 载液压泵 3 或被试液压泵 又通过输出压力油 反馈给被试液压马达 2 或加载液压马达 ，使它 转动 ，直至 系统压力 达到设定值 ，运行才进入 稳定状态。显然 ，这是一个液压泵和液压马达互 为负载和相互反馈 的闭合 回路 。这种系统特别适 用于大功率液压马达及液压泵 的性能试验和做成 对试验 5 1 ． 变量 泵2 ． 被试液压马达3 ． 加载液压泵4 ． 溢流阀5 ． 电机 图2 功率回收式液压测试系统液压系统 3 测试系统液压系统建模及仿真 在分析了在液压马达测试过程中，被试液压 马达和加载液压泵 ，二者同轴相联 ，转速相同 ， 可 以通 过液压 系统管 路 的切换 实现液 压能 的 回 收 。加 载泵 的高压 出 口可 以直 接与调压 模块 相 联 ，也可以切换到主泵 的高压 口为整个测试系统 提供液压能。显然 ，这是一个液压泵和液压马达 互为负载和相互反馈的闭合回路。这种系统特别 适用于大功率液压马达及液压泵 的性能试验和做 成对试验 。滤除次要因素 ，简化液压系统为仅由 主泵 、补油 泵 、换 向模 块 和加载模块组 成 的回 路 ，简化后 的测试系统液压原理如图3 所示。 1 ． 9 ． 电机2 ． 主液 压泵3 ． 三位 四通换 向阀4 ． 被试 马达5 ． 加载泵 6 ． 二位四通换 向阀7 ，1 1 ． 比例溢流阀8 ．单 向阀1 O ． 补油泵 图3 简化后 的液压原理 图 基于简化后 的液压系统原理 图3 ，在 A ME S i m 建模环境下 ，使用标准的 H y d r a u l i c l i b r a r y 液压 库里的标准液压元件 、控制信号库里 的信号元 件和利用液压元件设计 H C D库建立的三位 四 通 、二位 四通 电磁换向阀建立液压系统模型如图 4 所 示 。 液压测试 系统 系统简化模型如图4 所示 ，当 被测试 马达安装完毕后 ，便可以进行调试 了。功 率 回收 与否的切换换 向阀2不得 电，处 于常位 ， 默认为不进行 功率回收模式 ；马达旋转换 向阀 1 根据测试 的需要 ，选定一个方向得电 ，确定被试 马达的旋转方 向；启动主电机带动主泵 1 一起转 动 ，适 当调节主溢流阀 1 ，被试马达便会在高压 图4 液压马达测试系统的A ME S i m仿真模型 F ■ _ _ T T F ● _ ● ■ ／ 誊 黪 ／ 5 6 ／ i 誊 【 ． j t ． i i ‘ ； 1 ． ． 。 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 【 ． ． j ． ． 。 _ _ J 王起新等功率回收型挖掘机液压泵一马达测试技术开发 研究与开 液压油的驱动下旋转起来 。适 当 调节 主电机 的转速 ，主泵 1 的排 量 、马达 加 载 溢 流 阀 2的 电流 值 ，可 以完 成 按 照 G B 国标 规定的测试转速 、压力进行液压 马达试验。 4 功率回收模式切换的仿真 根据参数设定 ，在测试马达 过程中 ，可 以通过给定功率 回收 与否的切换换 向阀2电信 号 ，完 成马达测试模式的切换 。整个马 达测试过程设定 时间为 1 2 0 s ，前 4 0 s 给功率 回收与否 的切换换 向 阀2 负信号 ，右位接通 ，由马达 加载溢流 阀2 对被试验 马达进行 加载 ；后 8 0 s 给功率 回收与否 的 切换换 向阀 2 正信号 ，左位接 通 ，由马主溢流阀 1 对被试验 马 达进行加载。 在 功 率 回 收 与 否 的切 换 换 向阀2 获得不同的电信号 ，整个 测试系统将在功率回收与非功 率 回收模式下切换 。在模式切 换 前 后 ， 被 测 试 马 达 、 加 载 泵 、主 泵输 出特 性都 有 了 不 同 程度 的改变 ，如图 5 7 所示 。补 油泵 的输 出特 性 不 随测 试模 式 的改 变 而变 化 ，其 输 出特性 如 图 8 示 。 由上述 图可 以看 出，在功率 回收与否的切换换向阀2 获得不 同的电信号 ，整个测试系统将在 功率回收与非功率回收模式下切 换 。在模式切换前 ，即实时测试 时 间为 3 0 s 时刻 ；模 式切换 后 ， 即实 时 测试 时 间为 1 1 0 S 时 刻 。 X1 0 3 1 ． _一 嚣 嚣 l ● ■ ■●U ■■●-■ ■ I■目 ． 锚 笤嚣各 ．{ 4 2＼ ●r 5 ／ 3 I、、 图5 功率回收模式切换过程中，被试马达输出特性曲线 I ■ _ 日 ■- ■● ■ ● ● ■ - ■ 2＼ ●■一-● ■_■ l am ,i ．- 。’ ＼ 岩拳嚣 3 ＼ ＼ T i me／s 图6 功率回收模式切换过程中，主泵输出特性曲线 I ■ 一 ● 一 ■_■■ ＼ ● ,q l l - t _■ ■ _ ’ ■ ■ 3＼ ● ■ ■ h ■ ■ ■ ■ ■ ● ■ 晡 嚣吕 怒 ● -_o ■■- _I _l- ■ d ’ 、～ 掌 g 搿 l I ，／ ＼ 图7 功率回收模式切换过程中，加载泵输出特性曲线 作为能量转换 的元件之一 ，被测试马达 的输 出压 力、流量都有了明显的增加；而动力提供部分的 主泵 、补 油泵 的输 出特性基 本上 没有很 大 的改 变。这样就很容易定性地分析，测试过程中的液 压能被 回收了。 5 结论 液压泵和液压马达的功率回收式试验方法较 非功率回收式试验方法相比，明显具有节能、装 机容量小和冷却系统配置低的优点 ，特别适用于 大功率的液压马达及液压泵性能试验。本文给出 l 03 ／ I ⋯_ } l I I ●■- 一 ● ● 一 ■■ 1 器 - 1 ＼ 3 2 ＼ ＼ 图8 功率回收模式切换过程中，补油泵输出特性曲线 这种试验系统 的试验压力和功率 回收 ，经过实 际 工程项 目验证 ，此试验方法可行。 液压维修。 参考文献 [ 1 ]刘克树，刘平 ，陶永生． 振动压路 机液压系统实验研究 [ A]． 全国振 动 与 波的 利用 学 术 会 议 [ c]． 温州中国机械 工程学会、 中 国 振 动 工 程 学 会 ， 2 0 0 0 ， 1 4 0 1 4 2 ． [ 2 ]侯 小华． 挖掘机液压泵一 马达测试系 统关键技 术开发与研 究 [ D ]． 广 州 广 东工业大学，2 0 1 2 ． 第一作者简介 王起新 ，男 ，1 9 6 7年 生，湖南安化人，大学本科 ，T程师。 研究领域液压试验台研究设计开发 ， 已发表论文2 篇。 编辑 向飞 ， } 一 。 } 一 。 一 卜。 ‘ 。 。 。 。 。 。 。 ’ - ‘ 。 。 。 。 。 - - - - - - - ● I 土 中 国 南 车自 主 研 制 2 兆 瓦 低 风 速 风 机 成 功 下 线 ● i 日前 ，中国南车 自主研制的2兆瓦风机在株 洲成功 下线。此次下线的WT 2 0 0 0 ／ D1 1 0 ／ H 8 5 低风速风力发电机组，是中国南车株洲所在现有风电机组设计技 术基础上 ，针对低风速地 区 t 风况 特点， 完 全自 主 研制的 一 款风力 发电 机组。 此 前，中 国 南 车 株洲所 与中 国 水电 顾问 集团 ● ● ● ● l 中南勘测设计研 究院签订了桃花 山5万千瓦的风 电项 目合 同，将为其提供低风速风力发 电机 组 。 从 2 0 1 2 年开始，国内风 电市场另一种机型低风速大叶片风机 市场悄然兴起 。面对机 遇 ， 中国南车株洲所快速 响应市场需求，依 靠 自身技 术 实力 ，于2 0 1 2 年 1 月正式启动 了2 MW低风速 大叶片风机研发项 目。在一年的时间内，先后 完成 了风机各阶段的设计 ，部件的 采购、质量评审，并确保 了样机的成功下线。 据统计 ，全国范围 内可利用的低风速资源面积约 占全国风能资源区的6 8 ％，且均接近电 了 网负 荷的受端地区。但目 前国内 的风电开发集中 在 “ 三北” 、东南沿海等风资源-t- 富的高风 t { 速地区， 低风速区的风电开发几乎处于空白。在风能资源较好地区 的风电开发受限于并网 瓶 { 颈而不断 “ 弃风”的背景下，低风速区风场开发逐渐引起关注。 工 据了解，“ 十二五”规划中将有2 0 0 0 7 - 千瓦低风速风电的开发份额，低风速风电机组将 l 十 逐渐 成为未 来 风电市 场的 新宠， 而 率 先布 局开 展低风 速风 机 研制 的企 业必 将获 得利 好。 t t 此次，中国南车株洲所W T 2 0 0 0 型低风速风机的成功研制， 进一步完善了中国南车风电 t 产品型谱，对于提升中国南车风电产业核心竞争力具有重要意义。这也是中国南- - 继推出 T { 1 ．6 5 兆瓦、1 ．5 兆瓦、2 ．5 兆瓦系列风机后，紧 跟市场需求、抢占 特色风机市场份额所推出的 i j ． 一款全新机型。 ； } ． { 。 。 。 。 ’ 。 。 。 。 。 。 ’ 。 。 。 。 。 ‘ 。 ’ ’ 。 。 。 ‘ 。 。 。 ； t ■ ● ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ， 、 上 。 ． ● ． 1 ． 。 上，。 ， 上 。 上，。 ， 。 上 。 上 。 上 。 ． 上 ～ ● r ● ● ． t