閥控馬達調速可行性試驗研究

于澎濤 李廣宇 徐峰 張磊 孟長伊 趙新天 李玲玲

摘要：介紹了一種由溢流閥對播種風機流量進行調節的液壓馬達調速系統，以氣力播種機正常工作狀態各項數據為基礎，建立了液壓馬達調速系統，說明了其調速原理并計算出馬達流量參數，根據系統各液壓部件參數選擇對應產品。最后，通過對馬達調速系統中溢流閥開度的調解，進行了馬達轉速、液壓壓力及液壓流量的測量，通過試驗數據驗證了參數匹配的合理性及馬達調速性能的可行性。結果表明： 試驗系統結構緊湊，使用可靠，可保證馬達帶動的風機達到目標轉速范圍，且試驗參數可控可調性好，是馬達調速的有效可行方案。

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.

關鍵詞：閥控馬達調速系統;溢流閥;參數匹配;試驗

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

中圖分類號：U461.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）16-0009-02

0? 引言

液壓馬達調速系統因具有響應快、控制精度高、 負載剛度大及性價比高等特點，被廣泛應用于冶金、 機床、農機等工程機械領域。目前現有的馬達調速方式主要有泵控調速方式和閥控調速方式。泵控調速又分為變頻調速和變排量調速。變頻調速是通過改變定量泵的轉速來改變其輸出流量，變排量調速則是通過改變變量泵排量來改變其輸出流量的，從而實現馬達轉速的調節。這兩種方式能夠根據負載的需要相應地調節泵的輸出流量，因而具有很高的效率，但都存在慣性大、響應慢等缺點。閥控馬達調速則是通過調節比例閥或伺服閥的開度來調節輸入馬達中的流量，實現調速的目的。它具有結構簡單，負載慣性小、響應快的特點，適用于動態特性要求高的場合。氣力播種機需要根據播種效率和種子播種類型進行風量調節，由于考慮農機設備作業環境及經濟實用性，選用閥控馬達調速方式對風機轉速進行調節，進而達到改變風量的目的，本文主要通過試驗驗證氣力播種機風機轉速通過閥控調速模式調節的可行性。

1? 系統的工作原理

閥控液壓馬達調速系統的工作原理如圖 1 所示：該系統中定量油泵作為定流源提供恒定流量的液壓油，溢流閥通過手動旋轉開度大小控制系統進入馬達的流量。單向閥與風機馬達可形成回路，當試驗停止時，此時由于馬達齒輪慣性帶動的液壓油可在回路中流動，避免風機馬達驟停，減少機械損傷。溢流閥起到保護系統油路作用，當系統出現堵塞無法通油時，溢流閥可將油泵產生的壓力油排到油箱，起到泄壓作用。

2? 系統參數計算

氣力播種機風機采用液壓馬達驅動，為了滿足氣力播種機正常工作時風量需求，液壓馬達轉速要求3000-4000r/min，液壓馬達功率要求12kW以上，同時播種機由拖拉機液壓系統驅動，液壓馬達最大工作壓力20MPa。

根據液壓動力元件的工作原理可知，功率P、系統壓力p與實際流量Q之間具有下列關系：

P=p Qη

式中：P為馬達輸出功率（W）;

p為液壓系統壓力（Pa）;

Q為需要流量（m3/s）。

η為總效率，取0.85。

實際參數代入公式計算，計算出Q≈42.30L/min。

液壓馬達流量與排量有如下計算關系：

Q=qn/60

式中：q為馬達排量（m3/r）;

n為轉速（r/min）。

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

因此，參照馬達生產單位產品參數，選擇排量為11ml/r液壓馬達。

根據系統參數匹配選用以下部件，見表1。

3? 試驗系統工作過程分析

為了減少環境光對馬達轉速測試的影響，本次試驗安排在工廠廠房內進行，將各液壓部件通過油管、管接頭進行連接，風機、液壓馬達及閥組連接實物如圖2所示。然后把組裝好的試驗風機固定在鐵架焊接的平臺上，方便測試人員進行轉速測量，試驗現場如圖3所示。準備好試驗所用檢測儀器：非接觸式光電轉速儀、便攜式油液測量儀器，實物如圖4、圖5所示，參數見表2。

由于圖2中溢流閥可調范圍對應手動旋鈕的0至順時針旋轉7圈，因此選取7個測試節點進行試驗。

首先將油液測量儀串聯到風機進油口端，轉速儀的反光貼紙貼在風機扇葉上，為了保證檢測效果，反光貼紙圓周其余處涂成黑色，避免環境光反射影響轉速測量;

然后將圖2 中溢流閥手動旋鈕調至0，將光電轉速儀發出的激光水平對準扇葉上的反光貼紙，啟動系統待風機轉速穩定后，讀取轉速、液壓壓力及液壓流量并記錄。逐次順時針旋轉溢流閥1圈至7圈，重復以上測試7次，做好數據記錄如表3。

4? 結論

本試驗系統結構緊湊，使用可靠，雖然前四次由于溢流閥開度小、壓力高于系統壓力，未到調速壓力，但當溢流閥開度半程以上，此時溢流閥壓力低于系統壓力，風機轉速與溢流閥開度成反比，可保證馬達帶動的風機達到目標轉速調整范圍，且試驗參數可控可調性好，是馬達調速的有效可行方案。

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