基于负流量反馈变量泵的移动液压发电系统设计与试验

2015-04-16,

液压与气动 2015年11期

(1.杭州科技职业技术学院信息工程学院，浙江杭州　311400； 2.丹纳森工程装备杭州有限公司，浙江杭州　311100)

引言

通常在野外作业的工程机械上想要具备一个与电网等效的发电装置，可以为便携式电动工具、工作场所照明、微波炉及空调等常用电器设备提供220 V或者380 V的50 Hz的交流电源，比较常用的方式是采用一台柴油机或者汽油机驱动一套常规发电机进行发电[1,2]，这种方式的缺点是发电设备整体的重量和体积都很大，同时副发动机一般安放在车厢里面，导致噪声大，容易产生车厢内有毒废气，还有副发动机故障率高，操作不便等问题。现在国际上有另外一种发电模式，通过利用液压取液方式，将工程机械上原装的发动机驱动的液压泵源所输出的液动力取出后驱动液压发电机进行发电，同时又较少影响原有液压系统的正常工作。当然当主泵的输出流量不足以驱动液压发电机加上原有系统里面液压元件一起工作时，本系统会确保液压发电机正常工作，其余设备相应减慢速度工作。本研究以最常见的采用负流量反馈控制方式的挖掘机上加装一套液压发电机为例，说明该方法的原理和试验结果。

1　负流量反馈控制

如图1所示，采用负流量反馈控制方式控制的前泵4，其排量通过X1口压力大小控制斜盘角度，从而控制前泵4的输出流量；当前泵4输出高压油后，直接进入中通叠加式三位六通比例换向多路阀7，如果没有任何元件动作，则高压油经过中位直接到达流量检测元件8，经过它回到油箱10，由于流量检测元件8口径非常小，一般经过几升/分钟的液压油后其前端会建立起20～30 bar左右的压力，这个压力通过管路反馈到前泵的排量控制口X1口，用于控制前泵的输出流量[3]，实现变量控制的目的。后泵5的控制方式与前泵4的一样，不再赘述。

图1　负流量反馈式控制机理

2　液压取液系统

如图2所示，主泵采用负流量反馈控制方式，在前泵4的p1口夹入一组取液阀12，在p4路不工作的情况下，油液从取液阀p1口进入，经过阀口后直通到p3口，再进入原有液压中通式多路阀7，去驱动挖机原有执行元件，多余的油液经过一个流量检测元件8回到油箱10，从流量检测元件8前端引控制油压回到前泵的斜盘控制口X1控制前泵4的输出流量，达到变量控制的目的[4]。取液阀p4口后面可以并联连接需要驱动的阀和执行元件，比如可以连接电磁换向阀15加定速阀14，去驱动需要额定流量的液压发电机13进行发电。

3　液压发电机系统

液压发电机是利用液压马达驱动一个发电机进行发电的设备，如图3所示，在相同发电功率下，其体积只有燃油发电机系统的25%左右，适合在移动车辆上应用。在系统中，给液压马达输入一定流量的液压油，就可以使液压发电机正常工作，其输入液压油的压力根据液压发电机的负载大小变化而变化[5]。

图2　负流量反馈式泵加装液压发电机原理

图3　液压发电机

4　试验研究

4.1　利用阻性负载的液压发电机特性分析

按照图2原理图，利用一台负流量反馈控制模式的挖机加一套DYNASET 15 A400 V液压发电机，用电热器作为发电机负载，进行测试，结果如表1所示。

表1　液压发动机试验

从测试可以看出，负载的大小对液压流量几乎没有影响，因此对发电机电压也影响不大；液压压力与负载的大小成正比，同比例增加的还有发电机的单相电流。

4.2　利用2.2 kW电动机作为负载的液压发电机特性分析

当液压发电机驱动电动机时，电动机启动时容易形成超大启动电流，会引起液压压力瞬间超过额定的压力。我们用一个额定功率2.2 kW的三相电动机作为负载进行试验，电动机空载，电动机正常运行后的液压压力是6 MPa，流量是60 L，负载电压是400 V，电流是3 A，换算功率是3×400×1.732×0.81=1.7 kW。当电动机启动瞬间电流出现7.5 A，8 A的超调现象，电动机启动瞬间液压压力到15 MPa，如图4所示，然后马上回到6 MPa。