液压变压器与液压蓄能器串联使用的优化条件及能量回收研究

文章编号004液压变压器与液压蓄能器串联使用的优化条件及能量回收研究董宏林姜继海吴盛林液压蓄能器组合使用的优点及优化条件，建立了两者组成的子系统数学模型，并在简化的条件下给出了该系统微分方程的解析解。以次调节静液传动实验台为应用背景。对系统进行了仿真研究，结果证实了该方案的可行性。

在液压系统中，恒压系统比恒流系统更具有优点，尤其是恒压网络下的次调节静液传动系统，其能量利用效率高，控制性能好，具有广泛的应用领域。但是在次调节静液传动系统中，目前还没有种高效可接受的方案把系统的恒压流体转换成液压油缸所需的可变压力和流量。此外在理论虽然次调节静液传动系统可以进行能量回收，但是作为储存能量的液压元件液压蓓能器，如果没有压力调节元件与其配合使用，其储能利用效果较差。因此许多资料都提出应该通过研究解决这个问，1液压变压器筒介液压变犯器是在液旭传动中实现压乃转换的种液压元件相当于个变心Pti换器。对液压马达泵同轴刚性连接可以组成个1达泵元件2为定量元件，两者组成个变压比可调的液压变压器。显然液压变压器的静态工作原理可描述为液压变压器原理意分，为液压变1.器输入铪出端的流量人2分，为液压变压器马达部分栗部分的排量为变压比，瑞典的0也此工程公司设计的18液压变压器有个端。除了分，与系统高压端和负载端连接的两个端口外。还介个端口与汕箱连接。

13液压变压器的调压端口平台的控制力矩较小，甚至可以用力矩马达直接实现对其控制，动态特性非常好仙液压变报器的笫台样机己被开发出来，并被成功地应用在公路提升叉车上，良好的动态特性和低廉的价格显出其广阔的应用前奴。目前。本也展开了新型变压器的研究工作。

2液压变压器与液压蓄能器串联使用的特点及优化条件液压设备中有许多能量回收的工况，例如液压抽油机的下冲，阶段液报电梯的下降阶段液压驱动车辆的制动阶段等都在着负值负载向动力系统回馈能量的工况。理论研究明，进行能量回收的液压蓄能器与可调式液压变压器串联使用。能以优化的方式利用液压落能器的存储能力。这是因为液压蓄能器前端有了压力调节器后，其初始工作灰力及储能时高作压力都可以不受系统的限制。回收能量的液1蓄能器和液1变报器可以当作1独立的模块来设计运行。

假设液灰系统中采用皮囊式液压蓄能器进行能量回收。根据气休定律有2式中，为液压蓄能器充气压力；1为液压蓄能器容积；12分别为液压蓄能器初始工作压力和终工作压力；I1F2分别为上述两种状态的气体体积；i，Fl分别为蓄能器任意时刻的状态压力气体体积；〃为气体指数。

基金项目浙江大学流体传动及控制国家重点实验室访问学者基金资助项目200101的值由气体工作条件决定，当蓄能器用来提供大量汕液它释放能量的速度是很快的。可以认为气休在绝热条件下工作。则=1.4.此时液压蓄能器贮存和释放能量为将给控制带来了定困难。

假设液落能器闱高额定工作压乃为当=，=液压蓄能器吸收能量大，此时有为了研究液压蓄能器与液压变压器组合使用泵和个定量泵马达同轴连接而成，液压蓄能器的端口与液压变压器的输出端相连，3，则液压变压器内部力矩平衡方程为量；0为变压器内部转动角度，为变压器的转动阻尼；7为变压器内部转动的库仑摩擦力矩。

若把7心当作常数，则液压蓄能器吸收能量取极值的条件为器来说。优化地发挥其储能效果的条件是液压蓄能器的充气压力为其高允许工作压力的，压变压器与液压蓄能器串联结构的4.定量泵马达5.液压蓄能器3液压蓄能器与液压变压器联接原理液灰变压器马达和泵两部分的流量连续性方程分别为数学模型及仿真研究液压蓄能器的结构简2.严格地说，液压蓄能器的上腔是容性元件，下腔是惯性元件，此外液压蓄能器的进出油端还有段管路，具有阻尼性质。根据以上特点，液压蓄能器模型的传递函数可以描述为5.61气体人3意阻尼；纟为液压蓄能器气体刚度4为拉普拉斯算子；为液压蓄能器入口压力；为液压蓄能器当量惯性量；741分别为蓄能器段液体的截面积分别为蓄能器段液体管路长度；为流体的密度。

液压蓄能器任意工作时刻时的气体刚度为器泵部分和马达部分的泄漏系数；17，分别为变压器粟嗔分和马达部分的容腔体积；尽为液体体积弹性模数。

由上述公式可知，对个确定的液压恒压网络来说。与液扎蓄能器串联的液压变压器输入输出的流量心仅是变压比蓄能器瞬时状态压力的闲数。即串联子系统来说。如果设计合理。则处丁任意状态入输出流1的控制假设该调节个1超出各液玉儿件的额定1作范。进而实现功率的回收。这就是带有液压变压器的能量回收子系统实现能量回收功率匹配的理论基础。

如果不考虑液压变压器泄漏及阻尼，同时忽略液压蓄能器的惯性及阳则可简化式9，式12可得由式9可知。液落能器的气体刚度是其pJt，ni气体状态灰力的函数负兮1蔷能器内的油1液压力增加。气体体积减小。随沿液压蓄能器回14.

收能量的增加，其气体刚度也变大，是个变量，这根据实际工况其初始条件为时间蓄能器输入流量仿真曲线时间6输入输出流量仿真曲线压比已达到其极限值2.67.如果想提高回收时间可以采用如下方法①多个液压蓄能器并联以增加液压蓄能器的容积，合理设计液压变压器，提高其变压比的调节范围。由于受液压蓄能器颔定压力的限制。腽压比过大并没有用处。反而增加液压变压器的体积。

在带有液压变压器的液压系统。般会现两个积分环节串联的问，这种现象在次调节液压系统中非常普遍，将引起系统不稳定7.使能量回收系统稳定的控制策略是在设计个系统压力的反馈环节的同时，增加个变量斜盘转角位置反馈环节，这个环节的作用本质是引入额外环扦制14结论次调节液压系统中利用液变压器对液压蓄能器进行调节的方法，能够提高液压蓄能器蒂能效果，保持次调节系统衍性。

当回收能量蓄能器的充气压力为其额定工作压力的0.308倍，其储能效果优。

如果系统参数匹配沾1.变压比需要调节的范围较小。

变压比及液压蓄能器输入输出流量的仿真，对液压系统能量回收的优化设计及控制具有，定的指导意义。

3=，=当功率=利为常数时，解上述方程组可得下液压变压器由个人排量为屯，的泵轴向刚性连接构成，恒压系统的压力为液压蓄能器的充气压力为容枳40能量回收蓄能器初始状态压力为厘心4，7分别给出了回收功率为5和正弦函数80.2叫1从时变比及液压蓄能器输入输出流量的仿真曲线。从曲线可以看出对51恒功率的1收。仿真系统收时间约为65此时变单道编码，细分直线编码器的研究郑洪码的编码理论及算法。阐述了该直线编码器；0细分原，并讨论了其测量精度±1及测量范围200，1.

Xi；t副矜授1位置编码器茼述位置编码器是测量位置和位移的传感器，可分为立线编码器和轴角编码器。分别测啁长度和角度的儿何量。编码器又有，量式和式之分。

增量式编码器把位移量变为电脉冲，响应迅速结构简单易小型化但由于其相对测量的方式，初上电时不能获得基准位置，因而旦测量中途掉电则会丢失测量数据，另外干扰脉冲产生的误差也无法剔除。式编码器是将位置信息以进制编码的形式刻制在编码盘上，其输出是个惟几何量的代码。与增量式编码器相比，式偏码器具有零点固定抗干扰能力强不怕掉电等优点，但制造工艺复杂不易小型化，使其远没有，量式编奶器应用得普遍1.

木文在实际研究工作的基咄1提出种单道编码并采用线阵电荷尤合器细分的直线编码器。这种传感器克服了光栅尺的各种缺憾，但仍能达到光栅尺的测量砧般人为高精度的设备需要高精度的制造，但由于采用了单道编码，使这种传感器的制造和安装都没有很高的精度要求。例如使用精度为微米级的直线编码器，它的编码刻线误差可达10甚至更多。所有的制造及安装误差都可在使用前的自检过程消除。山于直线编码器的测玷原理公将位置，息以编码的形中直接在编码尺上读取当前位置信息便可得到相对零位的坐标。读数装置相对于编码尺的位置改变与测坫过，的读数没有任何关系，因而不存在振动变形等干扰的问。般电噪声的影响也可由相同位置的重复读数消除。由于，的弓入，使得编码范大人增加论上4超过100而其测量精度仍可保持在微米级，相对精度可提高到1.

2结构与原理电道编码，细分直线编码器的原现结构线，编码刻在光学材料上，可以是透射线，细分读数头的核心元件是个，线阵器件，照明系统将刻线影像投影到10器件上，工0就获得名编码免经过光电转换和沙算处珊，系统就可识别编码的数值，进而获得这个编码的位置信息。，细分读数头除了具有识别编码的作用外，另个主要的功能就是细分。由于刻线工艺锦兑。键合理论。海海交通人7出版社。

罗晓鸣。常规皮囊蓄能器和串联皮囊蓄能器衰减压力脉动性能的研宄硕士学位论文。哈尔滨哈尔滨工业大学，1988姜继海。次调节静液传动系统及其控制技术的研宄博士学位论文。哈尔滨哈尔滨工业大学，150001流体传动及控制研究所博士研究生。主要研究方向为流体传动及控制机械学。发论文8篇。姜继海，男，1957年生。哈尔滨工业大学流体传动及控制研究所教授博±研宄生导师。吴盛林，男，1938年生。哈尔滨工业大学流体传动及控制研究所教授博士研究生导师。