閥控馬達(dá)調(diào)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(fēng)機流量進(jìn)行調(diào)節(jié)的液壓馬達(dá)調(diào)速系統(tǒng)，以氣力播種機正常工作狀態(tài)各項數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立了液壓馬達(dá)調(diào)速系統(tǒng)，說明了其調(diào)速原理并計算出馬達(dá)流量參數(shù)，根據(jù)系統(tǒng)各液壓部件參數(shù)選擇對應(yīng)產(chǎn)品。最后，通過對馬達(dá)調(diào)速系統(tǒng)中溢流閥開度的調(diào)解，進(jìn)行了馬達(dá)轉(zhuǎn)速、液壓壓力及液壓流量的測量，通過試驗數(shù)據(jù)驗證了參數(shù)匹配的合理性及馬達(dá)調(diào)速性能的可行性。結(jié)果表明： 試驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，使用可靠，可保證馬達(dá)帶動的風(fēng)機達(dá)到目標(biāo)轉(zhuǎn)速范圍，且試驗參數(shù)可控可調(diào)性好，是馬達(dá)調(diào)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(guān)鍵詞：閥控馬達(dá)調(diào)速系統(tǒng);溢流閥;參數(shù)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(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）16-0009-02

0? 引言

液壓馬達(dá)調(diào)速系統(tǒng)因具有響應(yīng)快、控制精度高、 負(fù)載剛度大及性價比高等特點，被廣泛應(yīng)用于冶金、 機床、農(nóng)機等工程機械領(lǐng)域。目前現(xiàn)有的馬達(dá)調(diào)速方式主要有泵控調(diào)速方式和閥控調(diào)速方式。泵控調(diào)速又分為變頻調(diào)速和變排量調(diào)速。變頻調(diào)速是通過改變定量泵的轉(zhuǎn)速來改變其輸出流量，變排量調(diào)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(xiàn)馬達(dá)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。這兩種方式能夠根據(jù)負(fù)載的需要相應(yīng)地調(diào)節(jié)泵的輸出流量，因而具有很高的效率，但都存在慣性大、響應(yīng)慢等缺點。閥控馬達(dá)調(diào)速則是通過調(diào)節(jié)比例閥或伺服閥的開度來調(diào)節(jié)輸入馬達(dá)中的流量，實現(xiàn)調(diào)速的目的。它具有結(jié)構(gòu)簡單，負(fù)載慣性小、響應(yīng)快的特點，適用于動態(tài)特性要求高的場合。氣力播種機需要根據(jù)播種效率和種子播種類型進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)，由于考慮農(nóng)機設(shè)備作業(yè)環(huán)境及經(jīng)濟(jì)實用性，選用閥控馬達(dá)調(diào)速方式對風(fēng)機轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而達(dá)到改變風(fēng)量的目的，本文主要通過試驗驗證氣力播種機風(fēng)機轉(zhuǎn)速通過閥控調(diào)速模式調(diào)節(jié)的可行性。

1? 系統(tǒng)的工作原理

閥控液壓馬達(dá)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理如圖 1 所示：該系統(tǒng)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(zhuǎn)開度大小控制系統(tǒng)進(jìn)入馬達(dá)的流量。單向閥與風(fēng)機馬達(dá)可形成回路，當(dāng)試驗停止時，此時由于馬達(dá)齒輪慣性帶動的液壓油可在回路中流動，避免風(fēng)機馬達(dá)驟停，減少機械損傷。溢流閥起到保護(hù)系統(tǒng)油路作用，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)堵塞無法通油時，溢流閥可將油泵產(chǎn)生的壓力油排到油箱，起到泄壓作用。

2? 系統(tǒng)參數(shù)計算

氣力播種機風(fēng)機采用液壓馬達(dá)驅(qū)動，為了滿足氣力播種機正常工作時風(fēng)量需求，液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速要求3000-4000r/min，液壓馬達(dá)功率要求12kW以上，同時播種機由拖拉機液壓系統(tǒng)驅(qū)動，液壓馬達(dá)最大工作壓力20MPa。

根據(jù)液壓動力元件的工作原理可知，功率P、系統(tǒng)壓力p與實際流量Q之間具有下列關(guān)系：

P=p Qη

式中：P為馬達(dá)輸出功率（W）;

p為液壓系統(tǒng)壓力（Pa）;

Q為需要流量（m3/s）。

η為總效率，取0.85。

實際參數(shù)代入公式計算，計算出Q≈42.30L/min。

液壓馬達(dá)流量與排量有如下計算關(guān)系：

Q=qn/60

式中：q為馬達(dá)排量（m3/r）;

n為轉(zhuǎn)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(dá)生產(chǎn)單位產(chǎn)品參數(shù)，選擇排量為11ml/r液壓馬達(dá)。

根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)匹配選用以下部件，見表1。

3? 試驗系統(tǒng)工作過程分析

為了減少環(huán)境光對馬達(dá)轉(zhuǎn)速測試的影響，本次試驗安排在工廠廠房內(nèi)進(jìn)行，將各液壓部件通過油管、管接頭進(jìn)行連接，風(fēng)機、液壓馬達(dá)及閥組連接實物如圖2所示。然后把組裝好的試驗風(fēng)機固定在鐵架焊接的平臺上，方便測試人員進(jìn)行轉(zhuǎn)速測量，試驗現(xiàn)場如圖3所示。準(zhǔn)備好試驗所用檢測儀器：非接觸式光電轉(zhuǎn)速儀、便攜式油液測量儀器，實物如圖4、圖5所示，參數(shù)見表2。

由于圖2中溢流閥可調(diào)范圍對應(yīng)手動旋鈕的0至順時針旋轉(zhuǎn)7圈，因此選取7個測試節(jié)點進(jìn)行試驗。

首先將油液測量儀串聯(lián)到風(fēng)機進(jìn)油口端，轉(zhuǎn)速儀的反光貼紙貼在風(fēng)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(huán)境光反射影響轉(zhuǎn)速測量;

然后將圖2 中溢流閥手動旋鈕調(diào)至0，將光電轉(zhuǎn)速儀發(fā)出的激光水平對準(zhǔn)扇葉上的反光貼紙，啟動系統(tǒng)待風(fēng)機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，讀取轉(zhuǎn)速、液壓壓力及液壓流量并記錄。逐次順時針旋轉(zhuǎn)溢流閥1圈至7圈，重復(fù)以上測試7次，做好數(shù)據(jù)記錄如表3。

4? 結(jié)論

本試驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(tǒng)壓力，未到調(diào)速壓力，但當(dāng)溢流閥開度半程以上，此時溢流閥壓力低于系統(tǒng)壓力，風(fēng)機轉(zhuǎn)速與溢流閥開度成反比，可保證馬達(dá)帶動的風(fēng)機達(dá)到目標(biāo)轉(zhuǎn)速調(diào)整范圍，且試驗參數(shù)可控可調(diào)性好，是馬達(dá)調(diào)速的有效可行方案。

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