淺析能量回收液壓系統的研究現狀

楊志平

【摘要】液壓傳動作為一門新的技術，它是以液壓油作為工作介質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、傳動裝置的控制調節簡單、能夠實現無級調速并且調速范圍大、傳動裝置的體積小、結構緊湊、易于實現過載保護和避免系統中局部溫度過高等優點，成為現代化生產中的一門重要技術。由于液壓傳動的各個優點，所以在國民經濟各部門中都得到了廣泛的應用。

【關鍵詞】能量回收；液壓傳動；液壓泵

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

一、液壓試驗系統研究現狀

在早期液壓試驗系統的測試方法主要采用傳統儀表和人工的測試方法，依靠操作員進行人工讀數、手工繪圖、計算等，需要完成的任務較多，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據，然后根據實驗曲線或數據計算處理得到液壓元件的實際性能。這種試驗系統控制部分結構復雜、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據的準確性。

近年來隨著計算機技術、液壓傳動技術、測試技術、數字信號處理技術的不斷研究進步，國內外對液壓試驗系統的研究也取得了巨大的進步，在液壓試驗領域中出現了一門新興的綜合技術——計算機輔助測試技術（Computer Aided Test）簡稱 CAT。該技術是將計算機技術和液壓試驗系統有機的結合起來，利用計算機集散系統實現液壓試驗臺的數據采集、檢測和管理。按照液壓泵、液壓馬達試驗標準有關條件，實時采集試驗數據，如壓力、流量、轉速、扭矩等，并對這些數據進行集中處理、分析、計算并輸出結果。在試驗過程中計算機還可以根據數據反饋，實時精確的控制試驗系統運行狀態。這樣從根本上改變了傳統模擬采集手工計算的試驗方式，為標稱元器件的性能提供準確的數據。

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

二、液壓試驗系統發展趨勢

液壓泵和液壓馬達作為液壓系統的核心元件，二者的性能好壞直接影響著整個液壓系統的動靜態性能。由于二者的工作環境一般較為惡劣，工作強度一般較大，故在系統運行過程中較易出現故障，出現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。

目前國內外的大部分液壓系統油路部分根據ISO標準來設計，并且試驗臺架部分也取得了一定研究成果，但是隨著科學技術的發展和液壓技術的不斷進步研究發現大部分液壓試驗臺的設計原理和工作性能還有很大的改進空間。隨著液壓技術向著集成化、復合化、數字化、小型化的發展，各種新的液壓元器件的得到不斷研發，結構也越來越復雜化。試驗這些新型的元件要求性能較高的試驗系統，然而傳統的試驗方式已經達不到試驗的條件，所以，推出新型的液壓試驗系統是至關重要的。

三、改進方案

近年來，結合液壓試驗系統的經濟效益和世界能源短缺問題，新型的液壓試驗系統將體現在以下幾個方面的改進：

（1）減小試驗系統自身能量損失

在進行液壓元件試驗過程中伴隨著能量的轉換，即由液壓能轉換成機械能或有機械能轉換成液壓能，大部分液壓系統自身能量損失都分布在這樣的環節上。試驗過程中不可避免的存在液壓沖擊和流量脈動，選擇適當的聯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能效果比較顯著的一種試驗方式。這種方式解決了傳統的試驗方式采用節流閥或溢流閥加載導致油液溫度上升過快，難以進行連續長時間的壽命試驗的缺點。能量回收試驗系統可以使大部分能量循環利用，很大程度上降低了試驗系統的發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將具有很大的發展前景。

（3）液壓試驗系統控制方式數字化、智能化、比例化

近年來隨著計算機技術、液壓傳動技術、測試技術、數字信號處理技術的不斷研究進步，計算機輔助測試技術日益成熟，其應用也越來越廣泛，逐漸取代了傳統的手工測試的方法。實驗臺采用了液壓CAT技術，極大地提高了測試系統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、變頻裝置使液壓試驗系統的整體性能有了很大的改善，也實現了系統的自動化。傳統的液壓試驗臺由于采用模擬儀表，功能單一，可靠性、準確性、實用性較差，測試精度也較低。測試設備將會隨著液壓CAT技術的進一步發展而進化，將會具有測量精度高、測量數據準確、測試效率高和實現動態測試等特點。

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