CN116608182A - 一种双级伺服变量控制容积调速液压试验台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及试验台技术领域，尤其涉及一种双级伺服变量控制容积调速液压试验台，包括：主电机、主泵、主马达、加载泵、功率回收马达；所述主电机的输出轴与所述主泵的输入轴连接，所述主泵的双向输出油口通过液压管道连接所述主马达，所述主马达的输出轴与所述加载泵的输入轴连接，所述加载泵的输出油口与所述功率回收马达的入口连接，所述功率回收马达的输出轴与所述主电机的输入轴连接，所述功率回收马达与所述主电机之间通过超越离合器进行连接。通过本发明实现了加载液压能功率回收，节省了试验能耗。

Description

一种双级伺服变量控制容积调速液压试验台

技术领域

本发明涉及液压试验台技术领域，尤其涉及一种双级伺服变量控制容积调速液压试验台。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

液压泵及马达作为液压系统重要元件使用广泛，但其可靠性却是薄弱环节，为了保证液压泵及马达质量，针对液压泵及马达进行可靠性试验是非常必要的。因此，双级伺服变量控制容积调速液压试验台(以下简称“试验台”)可用于变量泵-定量马达容积调速试验、定量泵-变量马达容积调速试验、变量泵-变量马达容积调速试验、容积调速回路机械特性试验、液压泵和液压马达机械效率、容积效率、泄漏系数测量、可靠性考核以及相关规律研究的必要设备。

一般容积调速液压试验台是通过改变泵或马达的排量实现马达输出转速的变化。试验台中电动机带动液压泵为液压系统提供液压能，液压能一部分驱动马达转化为机械能，另一部分能量转化为热能，一方面使得试验所耗能量很大，另一方面因油液的发热还需增设冷却装置，需消耗额外的电能。此种泵马达容积调速试验台实现马达输出转速变化范围相对较小，而且只与变量泵或变量马达的排量调节范围相关。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明实施例的目的是提供一种双级伺服变量控制容积调速液压试验台，实现加载液压能功率的回收，节省试验能耗。

为了实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：

一种双级伺服变量控制容积调速液压试验台，包括：主电机、主泵、主马达、加载泵、功率回收马达；所述主电机的输出轴与所述主泵的输入轴连接，所述主泵的双向输出油口通过液压管道连接所述主马达，所述主马达的输出轴与所述加载泵的输入轴连接，所述加载泵的输出油口与所述功率回收马达的入口连接，所述功率回收马达的输出轴与所述主电机的输入轴连接，所述功率回收马达与所述主电机之间通过超越离合器进行连接。

优选地，所述主电机和所述主泵之间设置有试验泵输入传感器，所述主电机通过联轴器连接所述试验泵输入传感器，所述试验泵输入传感器通过联轴器连接所述主泵。

优选地，所述主马达和所述加载泵之间设置有试验马达输出传感器，所述主马达通过联轴器连接所述试验马达输出传感器，所述试验马达输出传感器通过联轴器连接所述加载泵。

优选地，所述加载泵和与所述功率回收马达连通的管路上设置有整流桥，所述整流桥包括交变油口、出油口和进油口，所述加载泵的两个油口连通所述整流桥的交变油口，所述整流桥的出油口连通所述功率回收马达，所述整流桥的进油口连通油箱。

优选地，所述整流桥出油口与所述功率回收马达连通的管路上设置有换向阀。

优选地，还包括加载阀，所述整流桥的出油口还连通所述加载阀。

优选地，所述加载阀包括并联设置的直动式溢流阀、节流阀和先导式比例溢流阀，所述先导式比例溢流阀管路上串联换向阀。

优选地，还包括补油泵，所述补油泵由补油泵电机驱动，所述补油泵电机与所述补油泵通过联轴器连接。

优选地，所述补油泵包括大泵和小泵，补油泵的所述大泵输出油口通过高压滤油器和所述整流桥的单向阀与加载泵的吸油口连接为加载泵供油。

优选地，补油泵的所述小泵输出油口连接高压滤油器，通过低压油路和冲洗阀以及冲洗阀溢流阀补偿液压管路的损失流量并带走热量，同时通过补油溢流阀为所述主泵的低压吸油口补油。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

1、本发明通过加载泵为主马达提供负载，同时加载泵排出的油液进入功率回收马达，进而实现试验加载机械能功率回收，节省试验耗能。同时在功率回收马达与主电机之间通过超越离合器进行连接，防止功率回收马达转速低于主电机转速时变成泵工况，避免起不到回收功率的作用反而消耗主电机功率的情况。

2、现有的双级伺服变量控制容积调速液压回路是通过改变泵或马达的排量来实现输出转速的变化。本发明中泵排量可以通过变频器调节转速同时配合步进电机控制伺服变量液压泵排量来实现，即同时改变变量泵排量和驱动电机转速，扩大了马达输出转速变化范围。

3、现有的采用节流阀加载，阀口开度确定后，随主马达转速的提高，泵的负载力矩随转速呈抛物线关系增加，很容易超载。本发明可以采用电液比例溢流阀加载，加载泵的负载基本上不受转速影响，电液比例溢流阀加载比节流阀加载易于实现无级压力比例控制。

4、加载泵每个油口上都需要设置一组加载阀组，本发明通过在加载泵出口设置一个由四个单向阀组成的整流桥，进而省却了一组加载阀组。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明实施例提供的双级伺服变量控制容积调速液压试验台示意图(为了更加清楚采用竖向放置)；

图中：1、油箱；2、37、单向阀；3、空气滤清器；4、液位计；5、6、吸油滤油器；7、温度计；8、液位继电器；9、磁铁；10、风冷却器；11、补油泵；12、13、高压滤油器；14、20、22、31、32、联轴器；15、补油泵电机；16、测压接头；17、功率回收马达；18、超越离合器；19、变频调速双出轴普通异步电动机；21.1、21.2、转矩仪；23、变量液压泵；23(1)、高压溢流阀；23(2)、高压溢流阀；23(3)、单向阀；23(4)、单向阀；23(5)、补油溢流阀；23(6)、压力切断阀；23(7)、梭阀；24.1、24.2、24.3、温度传感器；25.1、25.2、25.3、35、压力传感器；26.1、26.2、26.3、36、压力表；27、冲洗阀；27(1)、液控三位三通阀；27(2)、冲洗溢流阀；28、39、换向阀；29.1、29.2、涡轮流量计；30、试验液压马达；33、加载泵；34.1、34.2、34.3、34.4、整流单向阀；38、直动式溢流阀；40、先导式比例溢流阀；41、节流阀；

为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

超越离合器：利用主动件和从动件的转速变化自动接合和脱开的一种离合器。当主动件带动从动件一起转动时，称为结合状态；当主动件和从动件脱开以各自的速度回转时，称为超越状态。

正如背景技术所介绍的，现有的试验台耗能量很大。为了适应能源节约的要求，双级伺服变量控制容积调速液压回路需要具备一定的功率回收功能，传统的液压容积调速试验台难以满足上述需求，现需要设计一种新型的双级伺服变量控制容积调速液压试验台实现降低能源的消耗。

如图1所示，本发明一实施例中提出了一种双级伺服变量控制容积调速液压试验台，包括：主电机、主泵、主马达、加载泵、功率回收马达17；所述主电机的输出轴与所述主泵的输入轴连接，所述主泵的双向输出油口通过液压管道连接所述主马达，所述主马达的输出轴与所述加载泵的输入轴连接，所述加载泵的输出油口与所述功率回收马达17的入口连接，所述功率回收马达17的输出轴与所述主电机的输入轴连接，所述功率回收马达17与所述主电机之间通过超越离合器18进行连接。

所述主泵和主马达油路连接，所述加载泵和功率回收马达17油路连接，所述主电机首端驱动主泵，主电机尾端连接所述功率回收马达17，所述加载泵用于为主马达提供负载，加载泵排出的油液进入所述功率回收马达17，通过功率回收马达17将能量回馈给主电机。

主电机为变频调速双出轴普通异步电动机19液位继电器，其尾端连接一个功率回收马达17，加载泵排出的油液进入功率回收马达17，通过功率回收马达17将能量回馈给主电机，起到节能的作用。功率回收马达17发挥作用的前提条件是其转速要高于主电机。否则，功率回收马达17就成了油泵，不但起不到回收功率的作用，反而会消耗主电机的功率。为了防止功率回收马达17在低于主电机时变成泵工况，在主电机和功率回收马达17之间装有一个超越离合器18，当功率回收马达17的转速低于主电机的转速时，使主电机和功率回收马达17脱开，主电机不受影响。功率回收马达17的型号与主马达相同，为手动伺服变量柱塞马达，变量机构同时可以采用步进电机数字驱动方式。本发明中泵排量可以通过变频器调节转速同时配合步进电机控制伺服变量液压泵排量来实现。

所述主电机和所述主泵之间设置有试验泵输入传感器，所述主电机通过联轴器32连接所述试验泵输入传感器，所述试验泵输入传感器通过联轴器32连接所述主泵。所述主马达和所述加载泵之间设置有试验马达输出传感器，所述主马达通过联轴器32连接所述试验马达输出传感器，所述试验马达输出传感器通过联轴器32连接所述加载泵。

主回路单元主要由主泵和主马达组成，主泵为伺服闭式变量液压泵，自带安全阀、冲洗阀和压力切断阀(冲洗阀可以是单独的模块，也可以加载到泵中，是个选择模块，本实施例中采用冲洗阀加载到主泵中)。安全阀是与单向阀并联的高压溢流阀23(1)，对高压油路起安全保护作用；带梭阀23(7)的溢流阀是压力切断阀23(6)，当达到压力切断阀23(6)设定压力时，主泵的排量调到最小排量，压力切断阀23(6)的设定值低于安全阀的设定压力。

主泵由六极双出轴电机驱动，变频器调速，电机尾部连接有功率回收马达17。主电机和主泵之间装有试验泵输入传感器，用于测定主泵的输入转矩、转速和输入功率。主电机、试验泵输入传感器、主泵三者依次通过齿形联轴器32连接，可有效消除同轴度误差。主马达为手动伺服变量柱塞马达，变量机构同时可以采用步进电机数字驱动方式。在主泵和主马达油路之间安装有温度传感器(24.1、24.2)、压力表(26.1、26.2)、压力传感器(25.1、25.2)和涡轮流量计(29.1、29.2)，用于测量主泵和主马达回路上的温度、压力和流量等参数。

所述加载泵和与所述功率回收马达17连通的管路上设置有整流桥，所述整流桥包括交变油口、出油口和进油口，所述加载泵的两个油口连通所述整流桥的交变油口，所述整流桥的出油口连通所述功率回收马达17，所述整流桥的进油口连通油箱1。

一方面，加载泵出油口的高压液压油通过整流桥的单向阀吸油滤油器、二位二通电磁换向阀28和液压管路进入功率回收马达17，功率回收马达17将液压油的液压能转换为输出轴的机械能，当功率回收马达17的转速高于变频调速双出轴电动机的转速时，功率回收马达17输出轴通过超越离合器18连接变频调速双出轴电动机的输入轴，为变量液压泵提供机械能，完成功率回收。当功率回收马达17的转速低于变频调速双出轴电动机的转速时，超越离合器18使主电机和功率回收马达17脱开，只通过变频调速双出轴电动机为变量液压泵提供机械能。进一步的，所述整流桥出油口与所述功率回收马达17连通的管路上设置有换向阀28。该换向阀为10磁铁通径的二位二通电磁换向阀28，通过该换向阀启闭功率回收功能。二位二通电磁换向阀常态位，无功率回收，二位二通电磁换向阀接通，功率回收功能开启。

另一方面，由四个整流单向阀(34.1、34.2、34.3、34.4)吸油滤油器组成的整流桥实现加载阀组，加载泵的出口有一个由四个单向阀吸油滤油器组成的整流桥，从而省掉了一个加载阀组，如果没有整流桥，加载泵的二个油口上都需要设置一组加载阀组。加载阀组上还有一个10磁铁通径的二位二通电磁换向阀39，电磁铁断电时，泵空载工作，用于启机时的操作。

所述整流桥的出油口还连通所述加载阀，所述加载阀包括并联设置的直动式溢流阀38、节流阀41和先导式比例溢流阀40，所述先导式比例溢流阀40管路上串联换向阀39。通过加载泵实现对主马达的加载，考虑到加载马达需要正反二个方向的旋转，因此，将液压马达用作液压泵，且由于加载泵的排量不需要频繁的调整，故液压马达选用手动变量马达。

加载泵有二种加载方式，分别为节流阀41加载方式和电液比例溢流阀加载方式，相比较而言，电液比例溢流阀加载比节流阀41加载易于实现无级压力比例控制。当采用节流阀41加载时，阀口开度确定后，随主马达转速的提高，泵的负载力矩随转速呈抛物线关系增加，很容易超载，而采用电液比例溢流阀加载时，加载泵的负载基本上不受转速影响。

本发明的试验台还包括补油单元，补油单元的作用是实现为主泵补油和加载泵吸油，补油单元包括补油泵11，补油泵采用双联齿轮泵，双联齿轮泵中有两个泵，一个大泵和一个小泵，左侧的为小泵，右侧的为大泵(左右侧指正向查看图1时)。大泵和小泵出油通过两个过滤精度为5μm的高压滤油器(12、13)分别向加载泵和主泵供油补油。采用补油泵向低压侧补油，以补偿冲洗阀及回路的损失流量(设上支路为高压油路，则在高压油作用下，冲洗阀上位接入系统，则低压油路的进油与出油口联通，通过冲洗溢流阀回油油箱1)。回路中补油溢流阀的调定压力高于冲洗阀中的溢流阀的压力，以保证冲洗回路一直有油通过，多余的油才经过补油溢流阀回油箱1。加载泵的转速随主马达有一个很大的变化范围，防止在高转速下加载泵发生吸空的可能，直接采用一个补油泵通过整流桥向加载泵的吸油口供油。

其中，联轴器14、20、22、31、32均为齿形弹性联轴器。本试验台中还涉及单向阀(2、37)、空气滤清器3、液位计4、吸油滤油器(5、6)、温度计7、液位继电器8、磁铁9、风冷却器10、测压接头16、温度传感器24.3、压力传感器(25.3、35)、压力表(26.3、36)、液控三位三通阀27(1)，上述元件均为本领域常见液压元件。

具体地：

一种双级伺服变量控制容积调速液压试验台，包括主电机(即变频调速双出轴电动机19)、试验泵输入传感器(即转矩仪21.1)、主泵(即变量液压泵23)、主马达(即试验液压马达30)、试验马达输出传感器(即转矩仪21.2)、液压油箱1、加载泵33、加载阀、换向阀28、功率回收马达17；

变频调速双出轴电动机19的输出轴端通过联轴器20和试验泵输入传感器连接，试验泵输入传感器通过联轴器22(齿形弹性联轴器)与变量液压泵23的输入轴连接，变量液压泵23的双向输出油口通过液压管道连接试验液压马达30，试验液压马达30的输出轴通过联轴器31和试验马达输出传感器连接，试验马达输出传感器通过联轴器32与加载泵33的输入轴连接，加载泵33的双向输出油口通过液压管道连接液压整流桥，在液压管道上设置有加载阀(先导式比例溢流40和节流阀41)，加载阀通过液压管道与换向阀28的A口连接，换向阀28的B口与功率回收马达17的入口连接，功率回收马达17的输出轴通过超越离合器18连接变频调速双出轴电动机19的输入轴。

在液压管道上设置补油泵(双联齿轮泵)，补油泵电机15的输出轴通过联轴器14与补油泵11的输入轴连接，补油泵为双联齿轮泵，双联齿轮泵包括大泵和小泵，其中双联齿轮泵的大泵输出油口通过高压滤油器12和整流桥的单向阀与加载泵的吸油口连接为加载泵供油；双联齿轮泵的小泵输出油口连接高压滤油器13，通过单向阀为主泵23的吸油口补油，补油压力由补油溢流阀23(5)保持，冲洗阀27的主要作用是将闭式油路中的热油排出，其中冲洗溢流阀27(2)的设定压力低于补油溢流阀23(5)的设定压力，因此可以保证补油泵的冷油可以补充到闭式系统的低压油路中，将主马达30排出的热油置换从而起到冷却作用。变量液压泵23通过梭阀23(7)和压力切断阀23(6)控制高压油路压力，当达到压力切断阀23(6)设定压力时，变量液压泵23的排量会调节到最小排量，对闭式系统起到保护作用。与单向阀23(3)并联的高压溢流阀23(1)和与单向阀23(4)并联的高压溢流阀23(2)都为安全保护阀，对高压油路起到安全保护作用，其中压力切断阀23(6)的设定值低于安全保护阀的设定压力。

整流桥由四个整流单向阀(34.1、34.2、34.3、34.4)组成。加载泵33的两个油口通过管路连接整流桥的交变油口(桥的上下位置)，整流桥的出油口(桥的左侧位置)通过管路连接与二位二通换向阀39的进油口接通，整流桥的进油口通过滤油器12与双联齿轮泵的大泵接通，实现加载泵吸油。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种双级伺服变量控制容积调速液压试验台，其特征在于，包括：主电机、主泵、主马达、加载泵、功率回收马达；

所述主电机的输出轴与所述主泵的输入轴连接，所述主泵的双向输出油口通过液压管道连接所述主马达，所述主马达的输出轴与所述加载泵的输入轴连接，所述加载泵的输出油口与所述功率回收马达的入口连接，所述功率回收马达的输出轴与所述主电机的输入轴连接，所述功率回收马达与所述主电机之间通过超越离合器进行连接。

2.如权利要求1所述的双级伺服变量控制容积调速液压试验台，其特征在于，所述主电机和所述主泵之间设置有试验泵输入传感器，所述主电机通过联轴器连接所述试验泵输入传感器，所述试验泵输入传感器通过联轴器连接所述主泵。

3.如权利要求1所述的双级伺服变量控制容积调速液压试验台，其特征在于，所述主马达和所述加载泵之间设置有试验马达输出传感器，所述主马达通过联轴器连接所述试验马达输出传感器，所述试验马达输出传感器通过联轴器连接所述加载泵。

4.如权利要求1所述的双级伺服变量控制容积调速液压试验台，其特征在于，所述加载泵和与所述功率回收马达连通的管路上设置有整流桥，所述整流桥包括交变油口、出油口和进油口，所述加载泵的两个油口连通所述整流桥的交变油口，所述整流桥的出油口连通所述功率回收马达，所述整流桥的进油口连通油箱。

5.如权利要求4所述的双级伺服变量控制容积调速液压试验台，其特征在于，所述整流桥出油口与所述功率回收马达连通的管路上设置有换向阀。

6.如权利要求4所述的双级伺服变量控制容积调速液压试验台，其特征在于，还包括加载阀，所述整流桥的出油口还连通所述加载阀。

7.如权利要求6所述的双级伺服变量控制容积调速液压试验台，其特征在于，所述加载阀包括并联设置的直动式溢流阀、节流阀和先导式比例溢流阀，所述先导式比例溢流阀管路上串联换向阀。

8.如权利要求4所述的双级伺服变量控制容积调速液压试验台，其特征在于，还包括补油泵，所述补油泵由补油泵电机驱动，所述补油泵电机与所述补油泵通过联轴器连接。

9.如权利要求8所述的双级伺服变量控制容积调速液压试验台，其特征在于，所述补油泵包括大泵和小泵，补油泵的所述大泵输出油口通过高压滤油器和所述整流桥的单向阀与加载泵的吸油口连接为加载泵供油。

10.如权利要求9所述的双级伺服变量控制容积调速液压试验台，其特征在于，补油泵的所述小泵输出油口连接高压滤油器，通过低压油路和冲洗阀以及冲洗阀溢流阀补偿液压管路的损失流量并带走热量，同时通过补油溢流阀为所述主泵的低压吸油口补油。