浅析能量回收液压系统的研究现状

杨志平

【摘要】液压传动作为一门新的技术，它是以液压油作为工作介质依靠液体的压力能来传递信号和动力的一种传动形式。相对于机械传动、电力传动、气压传动，它具有传动工作平稳、传动装置的控制调节简单、能够实现无级调速并且调速范围大、传动装置的体积小、结构紧凑、易于实现过载保护和避免系统中局部温度过高等优点，成为现代化生产中的一门重要技术。由于液压传动的各个优点，所以在国民经济各部门中都得到了广泛的应用。

【关键词】能量回收；液压传动；液压泵

液压泵和液压马达在液压系统中作为能量转换的液压元器件，前者是将原动机的机械能转变成液体的压力能，属于液压系统的动力元件，被认为是液压系统的“心脏”，泵和马达作为液压系统中至关重要的设备，它们性能的好坏直接决定着整个系统的工作状况。液压泵和液压马达试验系统是检验这些重要元件的测试装置，它的测试结果对液压系统的工作性能有巨大的影响

一、液压试验系统研究现状

在早期液压试验系统的测试方法主要采用传统仪表和人工的测试方法，依靠操作员进行人工读数、手工绘图、计算等，需要完成的任务较多，非常不方便。在试验过程中，操作员通过模拟记录仪上的实验曲线读取并记录实验数据，然后根据实验曲线或数据计算处理得到液压元件的实际性能。这种试验系统控制部分结构复杂、成本较高、故障率高且故障排除难度大，并且测试部分需要多种仪器、仪表，对操作员的技术水平有一定要求，同时操作人员参与的工作量较大，加上测试时的随机因素，所以很难保证得到数据的准确性。

近年来随着计算机技术、液压传动技术、测试技术、数字信号处理技术的不断研究进步，国内外对液压试验系统的研究也取得了巨大的进步，在液压试验领域中出现了一门新兴的综合技术——计算机辅助测试技术（Computer Aided Test）简称 CAT。该技术是将计算机技术和液压试验系统有机的结合起来，利用计算机集散系统实现液压试验台的数据采集、检测和管理。按照液压泵、液压马达试验标准有关条件，实时采集试验数据，如压力、流量、转速、扭矩等，并对这些数据进行集中处理、分析、计算并输出结果。在试验过程中计算机还可以根据数据反馈，实时精确的控制试验系统运行状态。这样从根本上改变了传统模拟采集手工计算的试验方式，为标称元器件的性能提供准确的数据。

在国外，由于液压技术和计算机技术起步较早、发展较快，其液压试验系统的性能也相对较高，其液压计算机辅助测试技术发展的也比较快，并且很多液压公司已经把液压CAT技术应用到产品的研发、设计、生产定型和生产检验。美国、德国、法国、日本等在液压CAT技术方面已经进行了很多的研究，这些国家的液压CAT系统采用高效频段较宽的传感器，利用先进的应变单元和数据采集处理模块。相比于國外，国内对液压试验系统的研究较晚，其液压试验系统的性能相对于国外的也较差些。但是由于当时我国计算机技术水平的局限性，该试验台对数据处理及测试的精确性都有很大的误差。经过国内许多高等院校和液压科研单位对液压测试技术不断进行研究工作，直到20世纪80年代研究出一些性能较高的液压计算机辅助测试系统，并且得到一定程度的应用。

二、液压试验系统发展趋势

液压泵和液压马达作为液压系统的核心元件，二者的性能好坏直接影响着整个液压系统的动静态性能。由于二者的工作环境一般较为恶劣，工作强度一般较大，故在系统运行过程中较易出现故障，出现故障后的检修和检修后的性能验证就显得尤为重要。因此，目前国内外大部分液压试验台是针对液压泵或液压马达的，其中一部分是只能进行单种液压元件试验的试验台，如液压泵试验台，液压马达试验台或者液压缸试验台，另一部分是可以进行多种液压元器件试验的综合试验台。

目前国内外的大部分液压系统油路部分根据ISO标准来设计，并且试验台架部分也取得了一定研究成果，但是随着科学技术的发展和液压技术的不断进步研究发现大部分液压试验台的设计原理和工作性能还有很大的改进空间。随着液压技术向着集成化、复合化、数字化、小型化的发展，各种新的液压元器件的得到不断研发，结构也越来越复杂化。试验这些新型的元件要求性能较高的试验系统，然而传统的试验方式已经达不到试验的条件，所以，推出新型的液压试验系统是至关重要的。

三、改进方案

近年来，结合液压试验系统的经济效益和世界能源短缺问题，新型的液压试验系统将体现在以下几个方面的改进：

（1）减小试验系统自身能量损失

在进行液压元件试验过程中伴随着能量的转换，即由液压能转换成机械能或有机械能转换成液压能，大部分液压系统自身能量损失都分布在这样的环节上。试验过程中不可避免的存在液压冲击和流量脉动，选择适当的联接装置可以降低压力冲击和流量泄漏，从而减小能量损失。

（2）液压试验台采用能量回收的方式

液压试验台采用能量回收的方式进行液压元件的试验是节能效果比较显著的一种试验方式。这种方式解决了传统的试验方式采用节流阀或溢流阀加载导致油液温度上升过快，难以进行连续长时间的寿命试验的缺点。能量回收试验系统可以使大部分能量循环利用，很大程度上降低了试验系统的发热和减小了试验过程中能耗、成本。因此，能量回收型液压试验系统将具有很大的发展前景。

（3）液压试验系统控制方式数字化、智能化、比例化

近年来随着计算机技术、液压传动技术、测试技术、数字信号处理技术的不断研究进步，计算机辅助测试技术日益成熟，其应用也越来越广泛，逐渐取代了传统的手工测试的方法。实验台采用了液压CAT技术，极大地提高了测试系统的自动化水平和整体测试水平，提高了测试效率。同时液压试验台引入电液比例技术、变频装置使液压试验系统的整体性能有了很大的改善，也实现了系统的自动化。传统的液压试验台由于采用模拟仪表，功能单一，可靠性、准确性、实用性较差，测试精度也较低。测试设备将会随着液压CAT技术的进一步发展而进化，将会具有测量精度高、测量数据准确、测试效率高和实现动态测试等特点。

参考文献：

[1]刘海丽，李华聪.液压机械系统建模仿真软件AMESim及其应用[J].机床与液压，2006，（6）：124-126.

[2]秦家升，游善兰.AMESim软件的特征及其应用[J].工程机械，2004，（12）：6-8.

[3]余佑官，龚国芳，胡国良.AMESim仿真技术及其在液压系统中的应用[J].液压气动与密封，2005，（3）：28-31.

[4]李吉，李华聪.仿真软件AMESim应用研究[J].航天计算技术，2006，（1）：56-58.

[5]侯小华.挖掘机液压泵—马达测试系统关键技术开发与研究[D].广东：广东工业大学，2012.[6]胡应曦.功率回收液压试验台系统与参数分析[J].贵州工学院学报，1995，25（9）：89-102.

[7]王国才.液压泵、马达试验台及测控系统设计[D].浙江：浙江大学，2013.