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液压变压器背景和历程

2022/07/16204 作者:佚名
导读:液压变压器技术背景 恒压网络是近年发展起来的新型静液传动技术。一个恒压网络系统由能量源、蓄能器、负载和液压管路等组成。网络中的压力恒定,在用户端对互不相关负载进行单独控制。 恒压网络与流量控制系统和负载敏感系统的比较,其先进性主要体现在以下几点。 (1)恒压网络中的蓄能器有效分离了负载和能量源,各个负载之间相互独立,可在用户端实现互不相关的控制规律。 (2)无节流损失,系统效率高。 (3)恒压网络

液压变压器技术背景

恒压网络是近年发展起来的新型静液传动技术。一个恒压网络系统由能量源、蓄能器、负载和液压管路等组成。网络中的压力恒定,在用户端对互不相关负载进行单独控制。

恒压网络与流量控制系统和负载敏感系统的比较,其先进性主要体现在以下几点。

(1)恒压网络中的蓄能器有效分离了负载和能量源,各个负载之间相互独立,可在用户端实现互不相关的控制规律。

(2)无节流损失,系统效率高。

(3)恒压网络中的蓄能器能修整压力峰值,避免压力、流量波动,并能从负载端回收能量。因而系统效率会得到进一步提高,能量源进一步减小。

(4)由于控制直接作用于用户端,能量源的动态性能不影响负载。

二次调节系统是由德国汉堡国防科技大学的H. W. Nikolaus于1977年 的,主要集中于恒压网络元件的控制策略和元件本身。在二次调节静液传动中,二次元件能无损耗地从恒压网络获取能量,而且可以接多个互不相关的负载,实现系统制动能和重物势能的回收与重新利用。

对于驱动一个恒压网络二次调节的旋转载荷,通常使用一个变量马达和一个伺服调节机构,通过快速调节液压马达斜盘角度以适应二次负载流量、压力的需要。而变量马达和伺服调节机构的价格使二次调节系统成本昂贵,影响了其推广应用。

对于驱动恒压网络二次调节直线载荷,传统做法是利用节流阀来实现。然而,由于网络压力比负载压力高,这将产生大量的能量损失。因此,恒压网络急需一种无节流损失地驱动直线负载的液压元件,液压变压器就是在这种条件下得到发展的。值得一提的是,近年发展的液压变压器不仅能够驱动直线载荷,而且可以驱动旋转负载。

液压变压器发展历程

液压变压器并不是一个新概念,早在1965年,就有美国专利 对其进行了论述,这种类型的液压变压器实际上是作为液压放大器来使用的。液压变压器为一个泵通过管路与液压马达简单相连,通过改变液压泵的供给流量来改变压力比。该类型液压变压器为单向变压,而且泄漏和能量损失都很大。

1971年,H. K. Herbertts 发展了一种双向液压变压器,在两个分离的液压控制回路间互相传递能量。这种变压器由两个轴向柱塞泵和马达构成,泵和马达的转子形成机械连接,以便二者能够一起旋转。根据系统的运行情况,泵和马达分别变换自己的角色来做泵或马达使用,进行双向变压。

20世纪80年代以后,液压变压器在结构形式上并没有大的改进,基本形式在原理上仍然为轴向柱塞泵与马达通过一个轴机械地连接在一起,习惯上将其称为传统液压变压器 2 。在此期间,研究者更注重这种液压变压器的应用研究。日本的Sophia大学研究该类型液压变压器在恒压网络下的工作效率时,将液压变压器与活塞缸进行了多种连接方式的组合,并对每种连接方式下液压变压器的效率进行了计算机仿真研究,分析结果显示:如果液压变压器和液压缸的连接方式合理,变压器的效率可达80 %。而德国Mannesmann Rexroth公司将该类型液压变压器成功应用到注塑机和挖掘机上,系统效率和运行性能都得到了改善。

1997年荷兰Innas和Noax公司联合研究了一种新型液压变压器设计概念,也称做Innas液压变压器。与传统液压变压器相比,该类型变压器仍然参照恒排量轴向柱塞泵/马达的结构,但却使用了一个不同的原理。该变压器将马达功能、泵功能集为一身,组成一个单独的恒排量装置,减少了许多机械部件,因此该变压器惯量小,动态响应快,通过改变配流盘的旋转角度,可以控制油源和负载间的流量比、压力比。该变压器在运行时噪声较大,低速运行状况不好。

2002年,在德国第三届国际流体传动会议上,Achten博士对Innas液压变压器又进行了改进。将液压变压器由原来的7柱塞改为18柱塞,缸体形状由集成式结构改为可以自由移动的浮杯形结构,同时将缸体由一个变成两个。经过这样的改进,减小了柱塞和缸体间的摩擦损失,同时启动扭矩也变得很小。柱塞数的增加减少了变压器内流量和扭矩的波动,降低了的噪声,提高了效率。值得说明的是该类型变压器的节能效果、运行特性还有待试验的进一步验证。

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