淺析能量回收液壓系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

楊志平

【摘要】液壓傳動作為一門新的技術(shù)，它是以液壓油作為工作介質(zhì)依靠液體的壓力能來傳遞信號和動力的一種傳動形式。相對于機械傳動、電力傳動、氣壓傳動，它具有傳動工作平穩(wěn)、傳動裝置的控制調(diào)節(jié)簡單、能夠?qū)崿F(xiàn)無級調(diào)速并且調(diào)速范圍大、傳動裝置的體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、易于實現(xiàn)過載保護和避免系統(tǒng)中局部溫度過高等優(yōu)點，成為現(xiàn)代化生產(chǎn)中的一門重要技術(shù)。由于液壓傳動的各個優(yōu)點，所以在國民經(jīng)濟各部門中都得到了廣泛的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】能量回收；液壓傳動；液壓泵

液壓泵和液壓馬達在液壓系統(tǒng)中作為能量轉(zhuǎn)換的液壓元器件，前者是將原動機的機械能轉(zhuǎn)變成液體的壓力能，屬于液壓系統(tǒng)的動力元件，被認(rèn)為是液壓系統(tǒng)的“心臟”，泵和馬達作為液壓系統(tǒng)中至關(guān)重要的設(shè)備，它們性能的好壞直接決定著整個系統(tǒng)的工作狀況。液壓泵和液壓馬達試驗系統(tǒng)是檢驗這些重要元件的測試裝置，它的測試結(jié)果對液壓系統(tǒng)的工作性能有巨大的影響

一、液壓試驗系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

在早期液壓試驗系統(tǒng)的測試方法主要采用傳統(tǒng)儀表和人工的測試方法，依靠操作員進行人工讀數(shù)、手工繪圖、計算等，需要完成的任務(wù)較多，非常不方便。在試驗過程中，操作員通過模擬記錄儀上的實驗曲線讀取并記錄實驗數(shù)據(jù)，然后根據(jù)實驗曲線或數(shù)據(jù)計算處理得到液壓元件的實際性能。這種試驗系統(tǒng)控制部分結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高、故障率高且故障排除難度大，并且測試部分需要多種儀器、儀表，對操作員的技術(shù)水平有一定要求，同時操作人員參與的工作量較大，加上測試時的隨機因素，所以很難保證得到數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

近年來隨著計算機技術(shù)、液壓傳動技術(shù)、測試技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)的不斷研究進步，國內(nèi)外對液壓試驗系統(tǒng)的研究也取得了巨大的進步，在液壓試驗領(lǐng)域中出現(xiàn)了一門新興的綜合技術(shù)——計算機輔助測試技術(shù)（Computer Aided Test）簡稱 CAT。該技術(shù)是將計算機技術(shù)和液壓試驗系統(tǒng)有機的結(jié)合起來，利用計算機集散系統(tǒng)實現(xiàn)液壓試驗臺的數(shù)據(jù)采集、檢測和管理。按照液壓泵、液壓馬達試驗標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)條件，實時采集試驗數(shù)據(jù)，如壓力、流量、轉(zhuǎn)速、扭矩等，并對這些數(shù)據(jù)進行集中處理、分析、計算并輸出結(jié)果。在試驗過程中計算機還可以根據(jù)數(shù)據(jù)反饋，實時精確的控制試驗系統(tǒng)運行狀態(tài)。這樣從根本上改變了傳統(tǒng)模擬采集手工計算的試驗方式，為標(biāo)稱元器件的性能提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

在國外，由于液壓技術(shù)和計算機技術(shù)起步較早、發(fā)展較快，其液壓試驗系統(tǒng)的性能也相對較高，其液壓計算機輔助測試技術(shù)發(fā)展的也比較快，并且很多液壓公司已經(jīng)把液壓CAT技術(shù)應(yīng)用到產(chǎn)品的研發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)定型和生產(chǎn)檢驗。美國、德國、法國、日本等在液壓CAT技術(shù)方面已經(jīng)進行了很多的研究，這些國家的液壓CAT系統(tǒng)采用高效頻段較寬的傳感器，利用先進的應(yīng)變單元和數(shù)據(jù)采集處理模塊。相比于國外，國內(nèi)對液壓試驗系統(tǒng)的研究較晚，其液壓試驗系統(tǒng)的性能相對于國外的也較差些。但是由于當(dāng)時我國計算機技術(shù)水平的局限性，該試驗臺對數(shù)據(jù)處理及測試的精確性都有很大的誤差。經(jīng)過國內(nèi)許多高等院校和液壓科研單位對液壓測試技術(shù)不斷進行研究工作，直到20世紀(jì)80年代研究出一些性能較高的液壓計算機輔助測試系統(tǒng)，并且得到一定程度的應(yīng)用。

二、液壓試驗系統(tǒng)發(fā)展趨勢

液壓泵和液壓馬達作為液壓系統(tǒng)的核心元件，二者的性能好壞直接影響著整個液壓系統(tǒng)的動靜態(tài)性能。由于二者的工作環(huán)境一般較為惡劣，工作強度一般較大，故在系統(tǒng)運行過程中較易出現(xiàn)故障，出現(xiàn)故障后的檢修和檢修后的性能驗證就顯得尤為重要。因此，目前國內(nèi)外大部分液壓試驗臺是針對液壓泵或液壓馬達的，其中一部分是只能進行單種液壓元件試驗的試驗臺，如液壓泵試驗臺，液壓馬達試驗臺或者液壓缸試驗臺，另一部分是可以進行多種液壓元器件試驗的綜合試驗臺。

目前國內(nèi)外的大部分液壓系統(tǒng)油路部分根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計，并且試驗臺架部分也取得了一定研究成果，但是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和液壓技術(shù)的不斷進步研究發(fā)現(xiàn)大部分液壓試驗臺的設(shè)計原理和工作性能還有很大的改進空間。隨著液壓技術(shù)向著集成化、復(fù)合化、數(shù)字化、小型化的發(fā)展，各種新的液壓元器件的得到不斷研發(fā)，結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜化。試驗這些新型的元件要求性能較高的試驗系統(tǒng)，然而傳統(tǒng)的試驗方式已經(jīng)達不到試驗的條件，所以，推出新型的液壓試驗系統(tǒng)是至關(guān)重要的。

三、改進方案

近年來，結(jié)合液壓試驗系統(tǒng)的經(jīng)濟效益和世界能源短缺問題，新型的液壓試驗系統(tǒng)將體現(xiàn)在以下幾個方面的改進：

（1）減小試驗系統(tǒng)自身能量損失

在進行液壓元件試驗過程中伴隨著能量的轉(zhuǎn)換，即由液壓能轉(zhuǎn)換成機械能或有機械能轉(zhuǎn)換成液壓能，大部分液壓系統(tǒng)自身能量損失都分布在這樣的環(huán)節(jié)上。試驗過程中不可避免的存在液壓沖擊和流量脈動，選擇適當(dāng)?shù)穆?lián)接裝置可以降低壓力沖擊和流量泄漏，從而減小能量損失。

（2）液壓試驗臺采用能量回收的方式

液壓試驗臺采用能量回收的方式進行液壓元件的試驗是節(jié)能效果比較顯著的一種試驗方式。這種方式解決了傳統(tǒng)的試驗方式采用節(jié)流閥或溢流閥加載導(dǎo)致油液溫度上升過快，難以進行連續(xù)長時間的壽命試驗的缺點。能量回收試驗系統(tǒng)可以使大部分能量循環(huán)利用，很大程度上降低了試驗系統(tǒng)的發(fā)熱和減小了試驗過程中能耗、成本。因此，能量回收型液壓試驗系統(tǒng)將具有很大的發(fā)展前景。

（3）液壓試驗系統(tǒng)控制方式數(shù)字化、智能化、比例化

近年來隨著計算機技術(shù)、液壓傳動技術(shù)、測試技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)的不斷研究進步，計算機輔助測試技術(shù)日益成熟，其應(yīng)用也越來越廣泛，逐漸取代了傳統(tǒng)的手工測試的方法。實驗臺采用了液壓CAT技術(shù)，極大地提高了測試系統(tǒng)的自動化水平和整體測試水平，提高了測試效率。同時液壓試驗臺引入電液比例技術(shù)、變頻裝置使液壓試驗系統(tǒng)的整體性能有了很大的改善，也實現(xiàn)了系統(tǒng)的自動化。傳統(tǒng)的液壓試驗臺由于采用模擬儀表，功能單一，可靠性、準(zhǔn)確性、實用性較差，測試精度也較低。測試設(shè)備將會隨著液壓CAT技術(shù)的進一步發(fā)展而進化，將會具有測量精度高、測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、測試效率高和實現(xiàn)動態(tài)測試等特點。

參考文獻：

[1]劉海麗，李華聰.液壓機械系統(tǒng)建模仿真軟件AMESim及其應(yīng)用[J].機床與液壓，2006，（6）：124-126.

[2]秦家升，游善蘭.AMESim軟件的特征及其應(yīng)用[J].工程機械，2004，（12）：6-8.

[3]余佑官，龔國芳，胡國良.AMESim仿真技術(shù)及其在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].液壓氣動與密封，2005，（3）：28-31.

[4]李吉，李華聰.仿真軟件AMESim應(yīng)用研究[J].航天計算技術(shù)，2006，（1）：56-58.

[5]侯小華.挖掘機液壓泵—馬達測試系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)與研究[D].廣東：廣東工業(yè)大學(xué)，2012.[6]胡應(yīng)曦.功率回收液壓試驗臺系統(tǒng)與參數(shù)分析[J].貴州工學(xué)院學(xué)報，1995，25（9）：89-102.

[7]王國才.液壓泵、馬達試驗臺及測控系統(tǒng)設(shè)計[D].浙江：浙江大學(xué)，2013.