2023年新型液压变压器的研究现状及展望.doc

新型液压变压器的研究现状及展望 王小敏 Research Status and Prospect of New Type Hydraulic transformer Author:wang xiaomin 【】对新型液压变压器产生的背景、在恒压网络系统中的应用优势和工作原理进行了阐述：综述了新型雅也变压器的研究现状，列举了取得的研究成果，指出了新型液压变压器尚存在的问题，并对其研究前景进行了展望。 关键词：液压技术；新型液压变压器；恒压网络；研究成果；展望 【Abstract】 to new hydraulic transformer of the background, in constant pressure network system application advantages and working principle: to review the progress in the new paper, the present situation of the research also transformer, lists the obtains the research achievements, points out that the new hydraulic transformer, there are still problems, and its research prospect. Key Words：Hydraulic technology ；The new hydraulic transformer ；A constant pressure network ；Research ； Outlook 1 引言 液压变压器是在液压系统中用来实现压力改变的液压元件，是随着恒压网络二次调节技术的开展而产生的。新型液压变压器是相对于传统液压变压器而言。传统液压变压器是将液压泵和液压马达通过联轴器机械连接组成的；新型压变压器是巧妙地将液压泵和液压马达功能集成与一体而构成的。新型液压变压器具有结构简单、体积小、效率高、惯性小、动态响应快。在液压系统中可以无节流损失地控制负载运动，还可用于回收负载的能量，应用前景十分广阔。因此，国内外众多的研究机构开展了新型液压变压器的研究工作。 1. 新型液压变压器的工作原理 1、1 新型液压变压器的调节原理 液压变压器能在压力欧联的恒压网络系统中无节流损失地获取能量，来控制调节液压执行元件的运动。 相对于液压阀控制的液压执行元件而言，在理论上没有节流损失。因此，具有节能效果，其调节原理如图1所示。 当需要将恒压网络系统的压力pA调节到pB时， 如果用液压阀来调节，那么按路径1进行，压力降低了，而流量没改变，能量损失为： 如果采用液压变压器，那么按路线2进行调压，即流量改变，压力也改变，忽略管路损失，符合能量守恒方程： 、 由式2可见，在恒压网络中采用液压变压器来调压，与液压阀调压相比，理论上没有能量损失，尤其在大流量，大功率系统中，具有独特的优势。 1.2 新型液压变压器将液压泵和液压马达的功能集成于一体，新型液压变压器的配流盘上加工三个形状相同的腰形槽A.B,t，如图2所示。分别连接到恒压网络、负载和油箱。其变压原理与传统变压器的变压原理一样，也是通过国改变排量的比值来实现变压比的改变。 液压变压器与电力变压器一样，理论上能量守恒，即： 式中pi为输入压力：qi为输入流量；pn为输出压力；qn为输出流量。定义液压变压器的变压比为输出压力与输入压力的比值： 由式4可以看出，变压比为输出流量与输入流量的比值的倒数。流量公式如下： 式中n为变压器转速为变压器单个油口的排量。 由式5看出，流量是排量与转速的乘积，因为变压器各油口的转速相等，将式5带入式4，化简得： 式中为变压器A油口的排量。 由式6看出，变压比是A油口的排量与B油口的排量之比的改变。新型液压变压器油口排量的改变是通过改变配流盘转角来实现的。当等于零是，A口面积在上下死点两侧的面积相等，排量为零。当变大是，那么A口面积在上下死点连线右侧面积随着增大，排量也在增大。与此同时，B口在上下死点连线的两侧的面积也随之改变。排量也随着变化。可推导出变压比是的函数，表达式为； 2. 新型液压变压器的国内外研究现状 2.1 新型液压变压器的研究进展 国内对液压变压器的研究还处于起步阶段，投入的人力物力有限，并主要是高校在进行理论研究，目前，还没有产品实际应用，并且距其实际应用还有很长的路要走。国内高校主要是浙江大学和哈尔滨工业大学在进行新型液压变压器的研究。 浙江大学在国家自然科学基金委项目的支持下，开展了新型液压变压器的研究，主要研究工作如下： 〔1〕为拓宽新型液压变压器的调压范围，提出了一种方法，并进行了结构设计。建立了缸体与配流盘之间、配流盘与后端盖之间的压力场数学模型，并据此对新型液压变压器进行了设计与校核： 〔2〕利用Fluent流场仿真软件，对液压变压器三个关键配流副〔配流盘与后端盖、配流盘与体、缸体与柱塞〕的流场进行了初步仿真分析，给出了配流盘控制角度在60时的仿真结果，较好地反映出了液压变压器内部流场的变化情况； 〔3〕建立了液压变压器的平均流量。瞬时流量、瞬时驱动扭矩、压力比的数值模型，并对上述模型进行了仿真分析； 〔4〕建立了液压变压器恒压网络实验测试系统，验证所研制的液压变压器能实现压力调节，调压范围0—1.2并分析了液压变压器总效率和容积效率的变化规律及其影响因素。图3a为浙江大学研制的手动式新型液压变压器样机 哈尔滨工业大学流体传动及控制实验室也进行了私服控制式新型液压变压器的研究，注意啊研究工作如下： 〔1〕针对手动型液压变压器变压频率低于变压精度低，不利于系统实现自动化季远程控制的局限性，采用机械结构优化设计的方法，研究出变压比在0-2的伺服式新型液压变压器，器原理如图3b所示： 〔2〕建立液压变压器的数学模型和液压变压器驱动直线负载系统的数学模型，并针对其伺服性能进行了仿真研究； 〔3〕分析液压变压器四个象限工作的特性，并对液压变压器“负载驱动〞和“驱动负载〞工况下，液压比那雅琪驱动直线负载系统中的特性进行了仿真和实验研究。、，测试了液压变压器在驱动直线负载系统中具有回收和再利用重力势能的能力； 〔4〕针对液压变压器本身的复杂非线性特性，采用先进的复合控制策略，并针对液压变压器驱动直线负载未知伺服系统进行了仿真研究； 〔5〕搭建液压变压器驱动直线负载系统的实验台，在该试验台上对液压变压器的性能进行了测试研究。 2.2 新型液压变压器存在的问题 我国对新型变压器的液压的研究已近10年了，已经研制输了样机。但是还远没有到达工业应用的要求，新型液压变压器还存在以下问题： 〔1〕调压范围过窄的问题。 浙江大学研究的变压比在0—1.2之间，哈尔滨工业大学研制的变压比在0—2之间，而实际应用要求最大变压比在4左右； 〔2〕发热问题。 目前的新型液压变压器原理样机存在效率低，发热严重的问题。 〔3〕结构问题。 目前的样机是基于泵或马达的根底上进行改造而来的。变压比的控制结构用齿轮减速。所以存在体积大，结构复杂，本钱高并且控制误差较大的问题。 〔4〕噪声问题。 新型液压变压器的变压流量脉动大，压力波动大，如何绛噪是个问题。 〔5〕控制问题。 新型液压变压器的变压比是复杂非线性，如何对变压器进行精确的控制是个问题。 2.3新型液压变压器的研究展望 目前对新型液压变压器的研究还不完善，针对新型液压变压器存在的许多问题，还有以下研究工作需要进行； (1)对其结构进行重新设计，目前的新型液压变压器是基于A2F斜轴柱塞泵改造来的。变压器的应用目的是实现压力的改变，要求结构简单、体积小、本钱地等，因此需要对其结构进行重新优化设计； 〔2〕对拓宽变压比进行研究，液压变压器实际应用于工程机械是，工作过程需要的压力变化比拟大，目前新型液压变压器的变压比不满足实际要求； 〔3〕用CFD软件进行内部流场动态分析，用CAE软件进行动力运动学和动力学分析，喂结构优化设计，提高性能理论依据； 〔4〕研究如何对变压器的变压比进行精确的控制，液压变压器应用在液压恒压网络系统中同时驱动多个液压缸时，多缸之间存在压力耦联，研究如何进行匹配控制。还要开展应用研究。设计典型的应用系统。 假设能将这几个问题加以解决，必将使得液压变压器更加完善，应用范围更加广阔。 3、结论 对新型液压变压器的研究还有很多工作要做，任重道远，研究空间广阔对新型液压变压器这种新型液压元件本身及其应用进行了深入的理论研究，开发具有自主知识产权的液压变压器，对液压行业技术的开展，对国防现代化建设独有重要的意义。 参考文献： 〔1〕 雷天觉、液压工程手册[M] 北京：机械工业出版社，1990； 〔2〕 成大先、机械设计手册[M] 北京：化工工业出版社，2023； 〔3〕 GB/T 786 1—93 液压气动图形符号[S]； 〔4〕 杨华勇，欧阳小平，徐兵，液压变压器的开展现状[J}，机械工程学报，2023 39〔5〕；1—5.； 〔5〕 卢红影，电控斜轴柱塞式液压变压器的理论分析与实验研究[D],哈尔滨工业大学，2023。