CN105156625A - 行车式液压发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及行车发电技术领域，具体公开了一种行车式液压发电系统，包括动力源、定量泵、变量马达、二次元件、蓄能器、发电机、油箱、压力传感器、第一转速传感器、第二转速传感器、取力器、第一转速控制器、第二转速控制器和流量传感器，动力源与定量泵通过取力器相连，定量泵从油箱吸油并向变量马达输出高压油，二次元件的两个出口分别与蓄能器和油箱相连，二次元件的两个轴端分别与变量马达和发电机相连，发电机将电能提供给用电设备，第一转速控制器与变量马达相连，第二转速控制器与二次元件相连。本发明通过双重高精度控制器的共同作用，在液压动力传动系统输入端功率不稳定的情况下，仍可保证发电机稳定的转速输出和高质量的电能输出。

Description

行车式液压发电系统

技术领域

本发明涉及行车发电技术领域，尤其涉及一种行车式液压发电系统。

背景技术

随着科学技术的飞速发展，工业生产、工程机械及军事化装备等领域对移动式供电设备的需求日渐增加。尤其对移动供电设备所提供电能质量的要求也越来越高，对于提高移动设备的供电电能质量的要求方面，以精密化、精确化武器为主的军用设备的需要显得尤为突出，例如军用雷达、通讯设备、电子对抗设备以及高精密电子仪器仪表等因其自身的高精密性、快速性特点，对移动用电设备的电能质量要求也越来越苛刻。此外，军用设备必须适应军队作战时的相对特殊要求，比如作战灵活性、作战环境的不确定性等都要求移动供电设备必须具备很好的可移动性和很强的环境适应性。

目前，移动供电设备在驻车式发电机的研究和工程推广方面，已经取得了很大的进展。就现有的驻车发电设备来说，无论从供电设备所能提供电能的质量，还是从发电机的工作稳定性来说，都已经达到了工程领域的使用要求，很多进一步改进的驻车式发电机所能提供的电能质量也已经达到了军用装备所需的严格标准。所以，已研发出的驻车式移动供电设备现已经在工程机械和军事领域得到了广泛的应用。

但是，就军事领域来讲，现有的驻车式发电机已经满足不了现代化军队对武器装备高机动性、高灵活性的基本要求，所以，跟驻车式发电机相比在机动性方面更加占优势行车式发电机日益受到军队的重视和青睐。行车式发电机可以实现的最基本功能便是能在行车工况下可以为车载用电设备提供可靠的电能供应。不过行车式发电机的研发及工程推广仍存在很多不可避免的难度，相比于驻车式发电机，行车式发电机的输入功率具有更加不确定性和不稳定的特点，动力传送过程中受到干扰的可能性和程度也更大，这就要求动力源与发电机之间的传动设备具有保证自身功率输出稳定的能力，而由动力源直接驱动发电机必然会产生由于路况时变带来的电能幅值与频率的波动，不能满足用电设备的电能质量的要求。

采用液压系统作为动力源与发电机之间的主传动系统，将动力源与发电机之间的刚性连接转化为柔性连接，在路况颠簸变化时，液压传动系统有良好的阻尼缓冲作用，可在变转速输入的情况下实现发电机的恒转速驱动，稳定电能质量，满足用电设备的电力需求。但是，现有技术中的液压传动设备还不够完善，发电机的电能质量较差，发电机工作中的可靠性和稳定性也均相对不足，无法满足当今社会对行车式发电机的高要求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种行车式液压发电系统，以克服现有技术中动力源与发电机之间采用的液压传动系统不够完善，发电机的电能质量较差，发电机工作中的可靠性和稳定性也均相对不足等问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种行车式液压发电系统，包括：动力源、定量泵、变量马达、二次元件、蓄能器、发电机、油箱、压力传感器、第一转速传感器、第二转速传感器、取力器、第一转速控制器、第二转速控制器和流量传感器；

所述动力源与所述定量泵通过所述取力器相连，所述定量泵从所述油箱吸油并向所述变量马达输出高压油，所述变量马达的排油口与所述油箱相连，所述二次元件的两个出口分别与所述蓄能器和油箱相连，所述二次元件的两个轴端分别与所述变量马达和发电机相连，所述发电机将电能提供给用电设备，所述第一转速传感器设在所述取力器与所述定量泵之间，所述第二转速传感器设在所述二次元件与所述发电机之间，所述压力传感器和流量传感器设在所述定量泵与所述变量马达之间，所述第一转速控制器与所述变量马达相连，所述第二转速控制器与所述二次元件相连；

所述第一转速控制器用于控制所述变量马达的斜盘摆角，其能够根据所述压力传感器、流量传感器、第一转速传感器和第二转速传感器反馈的系统压力、流量和转速信号，对所述变量马达的斜盘摆角做出相应调整，以调节油路的压力和流量，从而维持所述发电机转速的稳定输出；所述第二转速控制器用于控制所述二次元件的斜盘摆角，其能够根据所述压力传感器、流量传感器、第一转速传感器和第二转速传感器反馈的系统压力、流量和转速信号，对所述二次元件的斜盘摆角做相应的调整，以决定所述二次元件是在泵工况下工作还是在马达工况下工作，从而维持所述发电机转速的稳定输出。

优选地，还包括：第一安全溢流阀；

所述第一安全溢流阀的进油口与所述定量泵的出油口相连，所述第一安全溢流阀的出油口与所述油箱相连。

优选地，还包括：第二安全溢流阀；

所述第二安全溢流阀的进油口与所述蓄能器相连，所述第二安全溢流阀的出油口与所述油箱相连。

(三)有益效果

本发明的行车式液压发电系统克服了现有技术中动力源与发电机之间采用的液压传动系统不够完善，发电机的电能质量较差，发电机工作中的可靠性和稳定性也均相对不足等问题。这种行车式液压发电系统的液压动力传动系统分别设计了以变量马达摆角为控制对象的第一转速控制器和以二次元件摆角为控制对象的第二转速控制器，通过双重高精度控制器的共同作用，来确保液压动力传动系统输入端功率不稳定的情况下，仍可保证稳定的转速输出，确保发电机稳定的高电能质量的输出；这种行车式液压发系统还具有柔性控制和节能的优点，液压动力传动系统中第二转速控制器采用二次元件与蓄能器配合使用，第二转速控制器利用二次元件的高灵活性和蓄能器的储能优势，达到了液压动力传动系统的柔性控制和节约能量的目的。

附图说明

图1为本发明实施例的行车式液压发电系统的液压原理图；

图2为本发明实施例的行车式液压发电系统的控制原理图。

图中，1：动力源；2：定量泵；3：变量马达；4：二次元件；5：蓄能器；6：发电机；7：用电设备；8：第一安全溢流阀；9：第二安全溢流阀；10：油箱；11：压力传感器；121：第一转速传感器；122：第二转速传感器；13：取力器；14：第一转速控制器；15：第二转速控制器；16：流量传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，本实施例的行车式液压发电系统包括：动力源1、定量泵2、变量马达3、二次元件4、蓄能器5、发电机6、第一安全溢流阀8、第二安全溢流阀9、油箱10、压力传感器11、第一转速传感器121、第二转速传感器122、取力器13、第一转速控制器14、第二转速控制器15和流量传感器16。图中还包括：用电设备7。

动力源1与定量泵2通过取力器13相连，动力源1通过取力器13将动力传输给液压动力传动系统，进而带动定量泵2转动，定量泵2从油箱10吸油并向变量马达3输送高压油，定量泵2与变量马达3组成行车式液压发电系统的液压动力传动系统的主回路，变量马达3的排油口与油箱10相连，高压油经由高压管道，驱动变量马达3旋转，之后再经由变量马达3流回油箱10，二次元件4的两个出口分别与蓄能器5和油箱10相连，二次元件4的两个轴端分别与变量马达3和发电机6相连，发电机6将电能提供给用电设备7，第一转速传感器121设在取力器13与定量泵2之间，第二转速传感器122设在二次元件4与发电机6之间，压力传感器11和流量传感器16设在定量泵2与变量马达3之间，第一转速控制器14与变量马达3相连，第二转速控制器15与二次元件4相连，第一安全溢流，8的进油口与定量泵2的出油口相连，第一安全溢流阀8的出油口与油箱10相连，第二安全溢流阀9的进油口与蓄能器5相连，第二安全溢流阀9的出油口与油箱10相连。

第一转速控制器14用于控制变量马达3的斜盘摆角，其能够根据压力传感器11、流量传感器16、第一转速传感器121和第二转速传感器122反馈的系统压力、流量和转速信号，对变量马达3的斜盘摆角做出相应调整，以调节油路的压力和流量，从而维持发电机6转速的稳定输出；第二转速控制器15用于控制二次元件4的斜盘摆角，其能够根据压力传感器11、流量传感器16、第一转速传感器121和第二转速传感器122反馈的系统压力、流量和转速信号，对二次元件4的斜盘摆角做相应的调整，以决定二次元件4是在泵工况下工作还是在马达工况下工作，从而维持发电机6转速的稳定输出。

如图2所示，本实施例的行车式液压发电系统的工作原理为：动力源1通过取力器13为液压动力传动系统输送动力，液压动力传动系统通过控制器的调节作用，将不稳定的动力输入转化为转速稳定的动力输出，液压动力传动系统将稳定的输出转速提供给发电机，发电机将高质量的电能持续稳定的提供给车载用电设备，控制器根据传感器采集的动力源转速、发电机转速、液压动力传动系统的流量值和压力值，对液压动力传动系统中的变量马达和二次元件进行相关调整，以达到液压动力传动系统稳定转速输出的要求。

本实施例的行车式液压发电系统的具体工作过程如下：车辆在行驶过程中，动力源1通过取力器13将动力传输给液压动力传动系统，进而带动定量泵2转动；定量泵2从车载油箱10吸油，并向传动系统输送高压油；高压油经由高压管道，驱动变量马达3旋转，之后再经由变量马达3流回油箱10；变量马达3驱动与之同轴的发电机6一起转动；发电机6将电能提供给车载的用电设备7。整个行车式液压发电系统中有两个以液压动力传动系统稳速输出为目标的发电机转速控制器，一个是以调整变量马达3斜盘摆角为手段的第一转速控制器，另一个是以调整二次元件4斜盘摆角和蓄能器5压力设定值为手段的第二转速控制器。

针对车辆在行驶时，受行车车况、发动机运行状况等因素的影响，定量泵2转速、变量马达3转速和发电机6转速不稳定的问题，本液压动力传动系统提出了两个基于发电机稳定转速输出为目的的第一转速控制器和第二转速控制器。

第一转速控制器14以变量马达3的斜盘摆角为控制对象，控制器根据系统内的压力传感器11、流量传感器16、第一转速传感器121和第二转速传感器122反馈的系统压力、流量和转速信号，对变量马达3斜盘摆角做出相应调整，进而调节液压动力传动系统主油路的压力和流量，维持发电机6转速的稳定输出。液压动力传动系统在工作时，依据用电设备7所需电能的频率、电压等要求确定液压系统变量马达3的额定转速，并据此设置变量马达3的初始工作转速。第一转速控制器14根据动力源1提供动力的大小适时适量地对变量马达3斜盘摆角进行调整。当动力源1为液压动力传动系统提供的驱动力大于定量泵2工作于额定转速下所需驱动力时，定量泵2与变量马达3之间高压油管中的油液压力会高于额定压力，发电机6转速会升高；变量马达3斜盘摆角控制器根据系统的压力反馈值做出适当增大变量马达3斜盘摆角的调整信号，随着变量马达3斜盘摆角的增大，变量马达3排量增大，系统高压油路压力下降，发电机6转速随之下降；当发电机6转速接近与额定转速时，变量马达3的斜盘摆角控制器根据发电机6转速的反馈值做出微小调整，直至发电机6转速稳定维持在额定转速。当动力源1为液压系统提供的驱动力小于定量泵2工作与额定转速下所需驱动力时，定量泵2与变量马达3之间高压管路中的油液压力会低于额定压力，发电机6转速下降；变量马达3斜盘摆角控制器根据系统的压力反馈值做出适当减小变量马达3斜盘摆角的调整信号，随着变量马达3斜盘摆角的减小，变量马达3排量变小，系统高压油路压力上升，发电机6转速上升；当发电机6转速接近与额定转速时，变量马达3的斜盘摆角控制器通过系统发电机6转速的反馈值做出微调信号直至发电机6转速稳定维持在额定转速。

第二转速控制器15以二次元件4的斜盘摆角为控制对象，控制器根据系统内压力传感器11、流量传感器16、第一转速传感器121和第二转速传感器122反馈的系统压力、流量和转速信号，对二次元件4斜盘摆角做相应的调整。摆角的正负和大小决定了二次元件4是在泵工况下工作还是在马达工况下工作，通过调节二次元件4斜盘摆角的大小来维持发电机6转速的稳定输出。二次元件4与蓄能器5组成液压动力传动系统中重要的转速控制环节，该第二转速控制器15有两种工作模式：第一种情况是当动力源1为液压动力传动系统提供的动力高于用电设备7的额定需求时，二次元件4在泵工况下工作，二次元件4从油箱10吸油并输出高压油，高压油经由高压管路使蓄能器5开始存储能量，当高压油压力达到第二安全溢流阀9设定压力时，高压油通过第二安全溢流阀9溢流回油箱10，即蓄能器5通过二次元件4回收系统多余的能量，在保证液压系统稳定转速输出的同时回收系统多余的能量，换言之，在保证发电机6为用电设备7持续提供稳定的高质量电能的同时为整个系统节约能量；第二种情况是当动力源1为液压动力传动系统提供的动力低于用电设备7的额定需求时，二次元件4工作于马达工况，高压油从蓄能器5通过高压管道经由二次元件4回油箱10，即蓄能器5通过二次元件4将存储的能量释放给液压动力传动系统，以保证液压动力传动系统稳定的转速输出，确保发电机6可以持续地为用电设备7提供稳定的高质量电能。

本发明的行车式液压发电系统克服了现有技术中动力源与发电机之间采用的液压传动系统不够完善，发电机的电能质量较差，发电机工作中的可靠性和稳定性也均相对不足等问题。这种行车式液压发电系统的液压动力传动系统分别设计了以变量马达摆角为控制对象的第一转速控制器和以二次元件摆角为控制对象的第二转速控制器，通过双重高精度控制器的共同作用，来确保液压动力传动系统输入端功率不稳定的情况下，仍可保证稳定的转速输出，确保发电机稳定的高电能质量的输出；这种行车式液压发系统还具有柔性控制和节能的优点，液压动力传动系统中第二转速控制器采用二次元件与蓄能器配合使用，第二转速控制器利用二次元件的高灵活性和蓄能器的储能优势，达到了液压动力传动系统的柔性控制和节约能量的目的。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (3)

1.一种行车式液压发电系统，其特征在于，包括：动力源、定量泵、变量马达、二次元件、蓄能器、发电机、油箱、压力传感器、第一转速传感器、第二转速传感器、取力器、第一转速控制器、第二转速控制器和流量传感器；

所述动力源与所述定量泵通过所述取力器相连，所述定量泵从所述油箱吸油并向所述变量马达输出高压油，所述变量马达的排油口与所述油箱相连，所述二次元件的两个出口分别与所述蓄能器和油箱相连，所述二次元件的两个轴端分别与所述变量马达和发电机相连，所述发电机将电能提供给用电设备，所述第一转速传感器设在所述取力器与所述定量泵之间，所述第二转速传感器设在所述二次元件与所述发电机之间，所述压力传感器和流量传感器设在所述定量泵与所述变量马达之间，所述第一转速控制器与所述变量马达相连，所述第二转速控制器与所述二次元件相连；

所述第一转速控制器用于控制所述变量马达的斜盘摆角，其能够根据所述压力传感器、流量传感器、第一转速传感器和第二转速传感器反馈的系统压力、流量和转速信号，对所述变量马达的斜盘摆角做出相应调整，以调节油路的压力和流量，从而维持所述发电机转速的稳定输出；所述第二转速控制器用于控制所述二次元件的斜盘摆角，其能够根据所述压力传感器、流量传感器、第一转速传感器和第二转速传感器反馈的系统压力、流量和转速信号，对所述二次元件的斜盘摆角做相应的调整，以决定所述二次元件是在泵工况下工作还是在马达工况下工作，从而维持所述发电机转速的稳定输出。

2.根据权利要求1所述的行车式液压发电系统，其特征在于，还包括：第一安全溢流阀；

所述第一安全溢流阀的进油口与所述定量泵的出油口相连，所述第一安全溢流阀的出油口与所述油箱相连。

3.根据权利要求2所述的行车式液压发电系统，其特征在于，还包括：第二安全溢流阀；

所述第二安全溢流阀的进油口与所述蓄能器相连，所述第二安全溢流阀的出油口与所述油箱相连。