液压马达试验台中功率回收系统的分析计算

王 海，李德胜

(江苏省机械研究设计院有限责任公司，江苏南京 210012)

液压马达具有输出转矩大、转速无级可调等特性，在众多领域都有广泛应用，因此对液压马达的性能试验显得尤为重要。在JB/T 10829-2008《液压马达》标准中［1］，规定了液压马达的试验项目、试验方法、考核指标等，其中耐久性试验耗时最长，电能消耗最大，费用最高。若选择带有功率回收系统的试验台，能够减少电能消耗，降低费用，为此笔者向试验台设计人员介绍一种功率回收系统的分析计算方法，以供参考。

1 功率回收系统的分析

1.1 液压系统原理图

根据某厂提出的要求，笔者为其设计了一种适用于多种规格系列马达的性能试验台［2-3］(系统原理如图1所示)。此试验台带有的功率回收系统能将被试马达的输出功率反馈至其输入口，而不是变成热能消耗掉。

1.2 功率回收系统工作原理分析

在本系统中，溢流阀3用来调节被试马达输入压力，溢流阀5用来调节被试马达背压，换向阀6用来对马达转向进行切换;整流油路11用来保证加载泵的油液输入、输出始终按照一定的流向，不会随加载泵的转向改变;加载泵10通过转矩转速传感器8、变速箱9与被试马达7连接，其输出的油液通过单向阀4反馈至被试马达，加载泵的这种反馈输出即称为功率回收。

图1 系统原理图

在实际工况中，由于存在容积效率、机械效率等因素，加载泵并不能将被试马达的全部输入功率反馈回去，必然存在功率损失ΔT，这种损失主要是由系统的流量、压力损失造成的，因此使用油源装置1和2分别来弥补压力和流量损失。我们将弥补压力损失的油源装置称为压力补偿装置，其输出功率称为压力补偿功率ΔTP;弥补流量损失的油源装置称为流量补偿装置，其输出功率称为流量补偿功率 ΔTQ。

在此系统中，当系统运行在平衡状态，即被试马达运行在额定转速及额定工作压差下，理想的加载泵排量应和被试马达一致，这样只需补偿极少量的流量及压力损失即可。但在实际工程应用中，试验台是为多种规格系列被试马达设计的，且被试马达额定转速往往小于加载泵规定的最低转速，因此在系统中就需设置变速箱，以使加载泵工作在规定转速范围内。

2 功率回收系统的计算

下面以某厂的B-200马达(公称排量为199．2mL/r，额定工作压差为 12MPa，额定转速为300r/min，额定输出扭矩为330N·m，额定输出功率为10kW)为例，对功率回收系统中涉及的如加载泵和变速箱参数确定、功率回收效率、节约费用等进行分析计算，具体过程如下。

a．根据被试马达的公称排量、额定转速，计算加载泵理论排量，即

式中：n1为被试马达额定转速，r/min;n2为加载泵期望转速，取1 500r/min;V1为被试马达公称排量，mL/r;ηv1为被试马达容积效率，可取85%;ηv2为加载泵容积效率，可取95%。

由公式(1)计算可得：V'2≈49．3mL/r。

b．确定加载泵排量V2(mL/r)。

根据加载泵厂家提供的样本资料，选择排量最接近理论排量的加载泵。根据上述计算结果，可选择国内知名厂家生产的排量为44．3mL/r、额定压力为31．5MPa的斜轴式双向变量泵，此泵自吸能力大，抗污染性强，寿命长，压力等级高。

c．计算变速箱理论传动比i'，即

由公式(2)计算可得：i'≈5．6。

d．确定合适的变速箱传动比i。

变速箱传动比i参照i'选取，要求i＜i'，以保证加载泵的输出流量小于被试马达的输入流量，另外要注意保证加载泵工作在规定转速范围内，i可选为 4．5。

e．计算加载泵的输入扭矩M2，即

式中：M'为被试马达额定输出扭矩下加载泵的理论输入扭矩，即其中M1为被试马达额定输出扭矩，N·m;M″为被试马达额定输出功率下加载泵的理论输入扭矩N·m，其中T1为被试马达额定输出功率，kW，η'为被试马达与加载泵之间的扭矩传递效率，可取98%。

由公式(3)计算可得：M2=69．3N·m。

f．计算流量补偿量，即

式中：Q1为被试马达输入流量，L/min;Q2为加载泵输出流量，L/min;ΔQ'为系统内部泄漏量，可取2L/min。

由公式(4)计算可得：ΔQ=15．5L/min。

g．确定压力补偿量，即

式中：P1为马达额定工作压差，MPa;P2为加载泵输出压力，，MPa，其中ηt2为加载泵总效率，可取85%;ΔP'为系统压力损失，可取1MPa。

由公式(5)计算可得：P2=8．8MPa。

h．计算总补偿功率，即

式中：ΔTQ为流量补偿功率，ΔTP为压力补偿功率，

由公式(6)计算可得：ΔT=7．1kW。

i．计算功率回收效率，即

式中：T2为被试马达输入功率，

由公式(7)计算可得：η≈49．6%。

j．根据上述参数的计算结果，计算试验过程中节约的电能费用，即

式中：C1为未使用带功率回收的试验系统时所需电能费用，C1=T2tpe，t为以耐久性试验中耗时最长的“满载试验”为例，可取1 000h，pe为用电单价，可取1．1元/kWh。

由公式(8)计算可得：Cs≈0．8万元。

对某厂多种规格系列的被试马达的相关参数进行计算，结果见表1。

表1 参数计算值

3 结束语

本文对液压马达试验台中功率回收系统的工作原理进行了分析，对其中元件、设备选型涉及的计算方法进行了详细的介绍，这为技术人员在设计带功率回收系统的液压马达试验台时提供了一定的参考。

［1］ 中华人民共和国国家发展和改革委员会．JB/T 10829-2008液压马达［S］．北京：机械工业出版社，2008．

［2］ 章宏甲，黄谊．液压传动［M］．北京：机械工业出版社，1996．

［3］ 雷天觉．新编液压工程手册［M］．北京：北京理工大学出版社，1998．