一種具有能量回收功能的液壓泵試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于液壓元件性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)領(lǐng)域，涉及液壓元件測(cè)試實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的能量回收技術(shù)，采用能量循環(huán)利用技術(shù)實(shí)現(xiàn)功率回收與節(jié)能的效果。
【【背景技術(shù)】】
[0002]目前，液壓試驗(yàn)臺(tái)普遍采用開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的液壓泵試驗(yàn)采用功率消耗的方式進(jìn)行，即采用溢流或/和節(jié)流加載方式進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)過(guò)程中液壓泵產(chǎn)生的壓力油直接經(jīng)溢流閥溢流，能量全部轉(zhuǎn)化為熱能，導(dǎo)致能量白白損失。另外，試驗(yàn)系統(tǒng)的發(fā)熱還會(huì)造成油溫升高，系統(tǒng)不得不增加相應(yīng)規(guī)模的冷卻裝置來(lái)降低油液溫度，加大了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的成本。如果將試驗(yàn)產(chǎn)生的能量進(jìn)行回收，可以減小冷卻裝置功率，節(jié)省大量電能，因此對(duì)于進(jìn)行這種高能耗的液壓泵試驗(yàn)，采取有效的節(jié)能措施成了液壓實(shí)驗(yàn)的當(dāng)務(wù)之急。
[0003]然而，國(guó)內(nèi)外已有相關(guān)液壓試驗(yàn)臺(tái)節(jié)能技術(shù)的論文或發(fā)明，比較多的是機(jī)械功率補(bǔ)償式能量回收和液壓功率補(bǔ)償式能量回收的方式，這兩種回收方式的回收效率雖然相對(duì)較高，但是存在的問(wèn)題是:機(jī)械補(bǔ)償回收方式存在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍小，對(duì)試驗(yàn)馬達(dá)和加載泵的排量關(guān)系有限制、系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)精度低等缺點(diǎn)；液壓補(bǔ)償功率回收方式也存在試驗(yàn)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定、試驗(yàn)功能不全等不足，不能滿足工程機(jī)械液壓泵試驗(yàn)的需要。
[0004]而采用電功率回收能量的方式雖然回收效率稍低，但是可以有效的避免上述問(wèn)題，同時(shí)電功率回收節(jié)約動(dòng)力，發(fā)熱量少，被試液壓泵和被試液壓馬達(dá)的排量關(guān)系無(wú)嚴(yán)格限制，試驗(yàn)范圍較寬，沒(méi)有機(jī)械式強(qiáng)加在系統(tǒng)上的能量回收沖擊，低速加載性能好。
【【實(shí)用新型內(nèi)容】】
[0005]為了解決液壓泵性能測(cè)試試驗(yàn)平臺(tái)在試驗(yàn)過(guò)程中的能量浪費(fèi)問(wèn)題，本實(shí)用新型提出一種具有能量回收功能的液壓泵試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)。本實(shí)用新型在被試馬達(dá)后面加裝電功率回收系統(tǒng)，即液壓馬達(dá)的機(jī)械輸出軸與發(fā)電機(jī)的機(jī)械輸入軸相連，使液壓系統(tǒng)的壓力能通過(guò)機(jī)械能傳遞再轉(zhuǎn)換成電能，將電能回收存儲(chǔ)起來(lái)并回饋到電動(dòng)機(jī)或電網(wǎng)中，或者將電能不存儲(chǔ)直接回饋到電動(dòng)機(jī)或電網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)功率回收、節(jié)約能源的功能。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)解決方案:
[0007]一種具有能量回收功能的液壓泵試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)，包括液壓系統(tǒng)，該液壓系統(tǒng)包括液壓泵和液壓馬達(dá)，所述液壓泵被電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)而工作，所述液壓馬達(dá)的機(jī)械輸出軸連接有發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)通過(guò)控制器和電網(wǎng)并聯(lián)后接入電動(dòng)機(jī)為液壓泵提供驅(qū)動(dòng)力，所述控制器與控制平臺(tái)相連。
[0008]優(yōu)選的，所述液壓泵油路的一端連接油箱，另一端連接液壓馬達(dá)，液壓馬達(dá)油路的輸出端直接接回油箱，液壓泵和液壓馬達(dá)的排量調(diào)節(jié)端口通過(guò)信號(hào)線與控制平臺(tái)連接。
[0009]優(yōu)選的，所述液壓泵與液壓馬達(dá)的液壓油路之間連接有溢流閥，溢流閥經(jīng)流量計(jì)后接回油箱。
[0010]優(yōu)選的，所述控制器包括有能量存儲(chǔ)單元，該能量存儲(chǔ)單元為蓄電池組或超級(jí)電容。
[0011]優(yōu)選的，當(dāng)存儲(chǔ)單元為蓄電池組時(shí)，該蓄電池組包括兩個(gè)蓄電池，該蓄電池組與控制器相連并在控制器的作用下，輪流實(shí)現(xiàn)充放電。
[0012]優(yōu)選的，當(dāng)存儲(chǔ)單元為蓄電池組時(shí)，該蓄電池組包括兩個(gè)蓄電池，一個(gè)蓄電池通過(guò)控制器與發(fā)電機(jī)相連，另外一個(gè)蓄電池通過(guò)轉(zhuǎn)換器與電動(dòng)機(jī)相連。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型至少具有以下優(yōu)點(diǎn):本實(shí)用新型在傳統(tǒng)的液壓試驗(yàn)臺(tái)基礎(chǔ)上，在液壓馬達(dá)的輸出端加裝能量回收系統(tǒng)和復(fù)合電源系統(tǒng)，通過(guò)控制平臺(tái)的控制下，在滿足系統(tǒng)固有的試驗(yàn)功能條件的同時(shí)將試驗(yàn)中能源消耗的部分進(jìn)行回收利用，使試驗(yàn)系統(tǒng)具備能量回收功能，能有效的達(dá)到試驗(yàn)節(jié)能的效果，解決傳統(tǒng)溢流加載能源浪費(fèi)問(wèn)題。
【【附圖說(shuō)明】】
[0014]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)功能原理簡(jiǎn)圖。
[0015]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例1開(kāi)式液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能原理簡(jiǎn)圖。
[0016]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例2閉式液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能原理簡(jiǎn)圖。
[0017]圖4為本實(shí)用新型的能源流動(dòng)圖。
[0018]圖5為本實(shí)用新型的信號(hào)傳遞狀態(tài)圖。
[0019]圖6為本實(shí)用新型能量中轉(zhuǎn)存儲(chǔ)-直流回收-直流混合功率的示意圖。
[0020]圖7為能量中轉(zhuǎn)存儲(chǔ)-直流回收-交流混合功率的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖8為能量中轉(zhuǎn)存儲(chǔ)-交流回收-直流混合功率的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖9為能量中轉(zhuǎn)存儲(chǔ)-交流回收-交流混合功率的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖10為非能量中轉(zhuǎn)存儲(chǔ)-直流回收-直流功率混合的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖11為非能量中轉(zhuǎn)存儲(chǔ)-交流回收-交流功率混合的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖中，
[0026]液壓泵I，溢流閥2，壓力傳感器3，流量傳感器4，PI控制器5，液壓馬達(dá)6，DC發(fā)電機(jī)7，端口轉(zhuǎn)換控制器8，蓄電池組9，DC/DC轉(zhuǎn)換器10，直流電動(dòng)機(jī)11，轉(zhuǎn)速傳感器12，扭矩傳感器13，控制平臺(tái)14，AC/DC轉(zhuǎn)換器15，電網(wǎng)16 ;
【【具體實(shí)施方式】】
[0027]請(qǐng)參閱圖1所示，本實(shí)用新型液壓系統(tǒng)包括有液壓泵、液壓馬達(dá)、控制液壓泵和液壓馬達(dá)的第一控制器，以及檢測(cè)液壓系統(tǒng)的各種測(cè)量傳感器。液壓泵通過(guò)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)工作，液壓馬達(dá)的輸出端連接有發(fā)電機(jī)，以將液壓馬達(dá)的液壓能轉(zhuǎn)換為電能進(jìn)行存儲(chǔ)，所述發(fā)電機(jī)的輸出端通過(guò)第二控制器與控制平臺(tái)連接，控制平臺(tái)同時(shí)與液壓系統(tǒng)的第一控制器和傳感器，以及控制電動(dòng)機(jī)的第三控制器連接，所述第二控制器的輸出端進(jìn)一步連接有功率混合單元，以將電網(wǎng)的電能和發(fā)電機(jī)的電能進(jìn)行混合，以供給電動(dòng)機(jī)工作。
[0028]請(qǐng)參閱圖2和圖3所示，分別為液壓系統(tǒng)分別采用開(kāi)式液壓系統(tǒng)和閉式液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，基本結(jié)構(gòu)與圖1類(lèi)似，在此不再贅述。
[0029]圖4為本實(shí)用新型的能源流動(dòng)圖，在本實(shí)用新型中，能源流動(dòng)包括液壓功率流、機(jī)械功率流，以及電功率流，其中，液壓功率流主要是液壓泵產(chǎn)生的功率流向液壓馬達(dá)，機(jī)械功率流主要是電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生機(jī)械功率流向液壓泵，以及液壓馬達(dá)產(chǎn)生機(jī)械功率流流向發(fā)電機(jī)，電功率流主要是發(fā)電機(jī)的電能通過(guò)第二控制器流向電動(dòng)機(jī)，以及電網(wǎng)的電能通過(guò)第三控制器流向電動(dòng)機(jī)。
[0030]請(qǐng)參閱圖5所示，控制平臺(tái)包括依次連接的濾波電路、微處理器、光電隔離電路，以及功率元件驅(qū)動(dòng)電路，所述光電隔離電路同時(shí)與控制電動(dòng)機(jī)的第三控制器連接以控制電動(dòng)機(jī)的速度，所述功率元件驅(qū)動(dòng)電路分別與液壓泵及液壓馬達(dá)排量調(diào)節(jié)裝置連接。
[0031]本實(shí)用新型在液壓馬達(dá)的輸出端連接發(fā)電機(jī)，將液壓馬達(dá)的液壓能轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)行回收，將回收的電能經(jīng)過(guò)中轉(zhuǎn)存儲(chǔ)后再回饋給發(fā)動(dòng)機(jī)，具體地說(shuō)，就是在液壓馬達(dá)后接發(fā)電機(jī)，將液壓能轉(zhuǎn)換成電能并存儲(chǔ)在能量存儲(chǔ)單元中，再通過(guò)控制器將回收的能量反饋給電動(dòng)機(jī)。
[0032]其中，回收能量所采用的發(fā)電機(jī)包括直流發(fā)電機(jī)、交流發(fā)電機(jī)；若采用交流發(fā)電機(jī)，則需要用AC/DC轉(zhuǎn)換器將交流電轉(zhuǎn)換成直流電進(jìn)行存儲(chǔ)。
[0033]所述的能量存儲(chǔ)單元包括蓄電池或超級(jí)電容。
[0034]所述的控制器包括AC/DC轉(zhuǎn)換器、AC/AC轉(zhuǎn)換器、DC/AC轉(zhuǎn)換器、DC/DC轉(zhuǎn)換器。
[0035]所述的電動(dòng)機(jī)包括直流電動(dòng)機(jī)、交流電動(dòng)機(jī)。
[0036]能量反饋的方式是包括交流電反饋方式和直流電反饋方式；
[0037]1、采用直流電反饋方式，即能量存儲(chǔ)單元中的電能經(jīng)DC/DC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成一種電壓，同時(shí)從電網(wǎng)提取的電能經(jīng)AC/DC轉(zhuǎn)換器也轉(zhuǎn)換成等伏電壓，將兩輸出電并聯(lián)后接入電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)直流電反饋。
[0038]2、采用交流電反饋方式，即能量存儲(chǔ)單元中的電能經(jīng)DC/AC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)經(jīng)AC/AC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成的電壓及頻率一樣的交流電，且并聯(lián)后接入電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)交流電反饋。
[0039]具體的實(shí)施方案包括四種組合:
[0040]1、直流回收-直流混合功率反饋；
[0041]2、直流回收-交流混合功率反饋；
[0042]3、交流回收-直流混合功率反饋；
[0043]4、交流回收-交流混合功率反饋；
[0044]當(dāng)然，作為本實(shí)用新型的另外一種實(shí)施方案，回收的電能也可以不經(jīng)存儲(chǔ)直接通過(guò)控制器回饋到電動(dòng)機(jī)中，具體是在液壓馬達(dá)后接發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)后接控制器，發(fā)電機(jī)輸出電能經(jīng)控制器輸出后與電網(wǎng)經(jīng)控制器輸出的電能并聯(lián)后接入電動(dòng)機(jī)。
[0045]所述的不經(jīng)存儲(chǔ)的回饋方式包括直流電回饋方式和交流電回饋方式兩種方式；
[0046]1、采用直流電回饋方式，液壓馬達(dá)后接直流發(fā)電機(jī)，直流發(fā)電機(jī)后接DC/DC轉(zhuǎn)換器，電網(wǎng)引電出來(lái)接入AC/DC轉(zhuǎn)換器，發(fā)電機(jī)輸出電能經(jīng)DC/DC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)電能經(jīng)AC/DC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成的電壓一致后并聯(lián)接入直流電動(dòng)機(jī)。
[0047]2、采用交流電回饋方式，液壓馬達(dá)后接交流發(fā)電機(jī)，交流發(fā)電機(jī)后接AC/AC轉(zhuǎn)換器，電網(wǎng)引電出來(lái)接AC/AC轉(zhuǎn)換器，發(fā)電機(jī)輸出電能經(jīng)AC/AC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)經(jīng)AC/AC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成幅值、頻率一致的交流電后并聯(lián)一起接入交流電動(dòng)機(jī)。
[0048]本實(shí)用新型在傳統(tǒng)的液壓試驗(yàn)臺(tái)基礎(chǔ)上，加裝能量回收系統(tǒng)和復(fù)合電源系統(tǒng)，在滿足系統(tǒng)固有的試驗(yàn)功能條件的同時(shí)將試驗(yàn)中能源消耗的部分進(jìn)行回收利用，使試驗(yàn)系統(tǒng)具備能量回收功能，能有效的達(dá)到試驗(yàn)節(jié)能的效果，解決傳統(tǒng)溢流加載能源浪費(fèi)問(wèn)題。
[0049]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。
[0050]如前所述，本實(shí)用新型包括四種組合方式，其結(jié)構(gòu)原理相似，此處著