阀控马达调速可行性试验研究

于澎涛 李广宇 徐峰 张磊 孟长伊 赵新天 李玲玲

摘要：介绍了一种由溢流阀对播种风机流量进行调节的液压马达调速系统，以气力播种机正常工作状态各项数据为基础，建立了液压马达调速系统，说明了其调速原理并计算出马达流量参数，根据系统各液压部件参数选择对应产品。最后，通过对马达调速系统中溢流阀开度的调解，进行了马达转速、液压压力及液压流量的测量，通过试验数据验证了参数匹配的合理性及马达调速性能的可行性。结果表明： 试验系统结构紧凑，使用可靠，可保证马达带动的风机达到目标转速范围，且试验参数可控可调性好，是马达调速的有效可行方案。

Abstract： A speed control system for hydraulic motor is introduced，whose flow was adjusted through relief valve. Based on the various data of the normal working state of the pneumatic planter， a hydraulic motor speed control system is established， the speed control principle is explained， the motor flow parameters are calculated， and the corresponding products are selected according to the parameters of the hydraulic components of the system. Finally， by adjusting the opening of the overflow valve in the motor speed control system， the motor speed， hydraulic pressure and hydraulic flow are measured. The test data verifies the rationality of parameter matching and the feasibility of the motor speed control performance. The results show that the test system is compact in structure and reliable in use. It can ensure that the fan driven by the motor reaches the target speed range， and the test parameters are controllable and adjustable. It is an effective and feasible solution for motor speed regulation.

關键词：阀控马达调速系统;溢流阀;参数匹配;试验

Key words： valve-controlled motor speed control system;relief valve;parameter matching;test

中图分类号：U461.2                                  文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）16-0009-02

0  引言

液压马达调速系统因具有响应快、控制精度高、 负载刚度大及性价比高等特点，被广泛应用于冶金、 机床、农机等工程机械领域。目前现有的马达调速方式主要有泵控调速方式和阀控调速方式。泵控调速又分为变频调速和变排量调速。变频调速是通过改变定量泵的转速来改变其输出流量，变排量调速则是通过改变变量泵排量来改变其输出流量的，从而实现马达转速的调节。这两种方式能够根据负载的需要相应地调节泵的输出流量，因而具有很高的效率，但都存在惯性大、响应慢等缺点。阀控马达调速则是通过调节比例阀或伺服阀的开度来调节输入马达中的流量，实现调速的目的。它具有结构简单，负载惯性小、响应快的特点，适用于动态特性要求高的场合。气力播种机需要根据播种效率和种子播种类型进行风量调节，由于考虑农机设备作业环境及经济实用性，选用阀控马达调速方式对风机转速进行调节，进而达到改变风量的目的，本文主要通过试验验证气力播种机风机转速通过阀控调速模式调节的可行性。

1  系统的工作原理

阀控液压马达调速系统的工作原理如图 1 所示：该系统中定量油泵作为定流源提供恒定流量的液压油，溢流阀通过手动旋转开度大小控制系统进入马达的流量。单向阀与风机马达可形成回路，当试验停止时，此时由于马达齿轮惯性带动的液压油可在回路中流动，避免风机马达骤停，减少机械损伤。溢流阀起到保护系统油路作用，当系统出现堵塞无法通油时，溢流阀可将油泵产生的压力油排到油箱，起到泄压作用。

2  系统参数计算

气力播种机风机采用液压马达驱动，为了满足气力播种机正常工作时风量需求，液压马达转速要求3000-4000r/min，液压马达功率要求12kW以上，同时播种机由拖拉机液压系统驱动，液压马达最大工作压力20MPa。

根据液压动力元件的工作原理可知，功率P、系统压力p与实际流量Q之间具有下列关系：

P=p Qη

式中：P为马达输出功率（W）;

p为液压系统压力（Pa）;

Q为需要流量（m3/s）。

η为总效率，取0.85。

实际参数代入公式计算，计算出Q≈42.30L/min。

液压马达流量与排量有如下计算关系：

Q=qn/60

式中：q为马达排量（m3/r）;

n为转速（r/min）。

Q=42.30L/min，n=4000rpm代入公式，计算得出q≈10.5ml/r。

因此，参照马达生产单位产品参数，选择排量为11ml/r液压马达。

根据系统参数匹配选用以下部件，见表1。

3  试验系统工作过程分析

为了减少环境光对马达转速测试的影响，本次试验安排在工厂厂房内进行，将各液压部件通过油管、管接头进行连接，风机、液压马达及阀组连接实物如图2所示。然后把组装好的试验风机固定在铁架焊接的平臺上，方便测试人员进行转速测量，试验现场如图3所示。准备好试验所用检测仪器：非接触式光电转速仪、便携式油液测量仪器，实物如图4、图5所示，参数见表2。

由于图2中溢流阀可调范围对应手动旋钮的0至顺时针旋转7圈，因此选取7个测试节点进行试验。

首先将油液测量仪串联到风机进油口端，转速仪的反光贴纸贴在风机扇叶上，为了保证检测效果，反光贴纸圆周其余处涂成黑色，避免环境光反射影响转速测量;

然后将图2 中溢流阀手动旋钮调至0，将光电转速仪发出的激光水平对准扇叶上的反光贴纸，启动系统待风机转速稳定后，读取转速、液压压力及液压流量并记录。逐次顺时针旋转溢流阀1圈至7圈，重复以上测试7次，做好数据记录如表3。

4  结论

本试验系统结构紧凑，使用可靠，虽然前四次由于溢流阀开度小、压力高于系统压力，未到调速压力，但当溢流阀开度半程以上，此时溢流阀压力低于系统压力，风机转速与溢流阀开度成反比，可保证马达带动的风机达到目标转速调整范围，且试验参数可控可调性好，是马达调速的有效可行方案。

参考文献：

[1]邱涛，贺兴亮，杨士敏，等. 基于高速开关阀的液压马达调速系统研究[J].机床与液压，2018，46（01）：80-86.

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[3]王积伟，章宏甲，黄谊编著.液压与气压传动[M].机械工业出版社，2005.

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