乳化液泵功率回收实验台设计

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Design of Power Recovery Experimental Table for Emulsion Pump TestLI Yilei ，CHEN Guoan ，SHAO Xingguo(1.School of Mechanical and Electrical Engineering，China University of Mining and Technology，Xuzhou Jiangsu221 1 16，China；2.Command Academy of the Corps of Engineers，Xuzhou Jiangsu 221004，China)Abstract：So far the original test method and equipment for emulsion pump have disadvantages，such as severe energy waste. AFGvcl experimental table was designed based on power recovery of cylinders for emulsion pump test，after analysis of the existing meth-ods of power recovery.The components and working principles of the hydraulic system and control system were described，and theprototype was built.This experimental table has advantages of wide application，easy control and high ratio of power recovery。

Keywords：Emulsion pump；Power recovery ；Experimental table乳化液泵是煤矿综采工作面必不可少的设备之-， 把机械能转化为液压能，并输送给液压支架、单体支柱等。高可靠性的乳化液泵可以确斌工和生产安全，提高生产效率。乳化液泵-般采用往复式径向柱塞泵，柱塞每往复运动-次，就完成-次吸液和排液的循环。乳化液泵-般由3或5个柱塞组成 ，以克服单柱塞造成的周期性压力脉冲。

根据煤炭行业标准 MT/T 188.2-2000，正在生产或新设计的乳化液泵在出厂时要进行各方面的性能检验，如空载运转、负载运转、超载运转、耐久运转和冲击试验等。目前，乳化液泵的检测采用标准中的检测方法 ，该方法以溢流阀溢流的形式来设定乳化液泵满载的压力，所耗功率均以热能形式散失，甚至需要单独的降温设备。该方法存在装机功率大、温升大、能耗高、浪费严重等不足之处。因此，为实现低碳环保的乳化液泵检测试验，有必要设计-种既能满足行业标准对乳化液泵性能检测的要求，又可以降低能耗、节约能源的检测方法。

1 方案选择在液压系统的节能技术研究方面，对所耗功率进行回收再利用是热门研究方向，许多学者也研发了多种形式的功率回收检测系统 。目前，对于液压泵检测的功率回收方法按照能量 回收的方式可以分为4类：电功率回收、机械补偿功率回收、液压功率补偿回收和液压缸功率回收。

1.1 电功率回收电功率回收是把液压马达和发电机作为被试泵的负载，被试泵驱动马达和发电机，发电机把被试泵所耗功率转化成电能，存储在电池中或是回馈到电网中。该方法原理简单，但由于蓄电池充电的容量和效率较低，以及电能回馈到电网时，需要专门的设备以确保再生电能与电网具有相同的相位 ，技术复杂、成本高，这种形式的功率回收在现实中较少采用。

1.2 机械补偿功率回收机械补偿功率回收可同时适用于大功率液压泵或液压马达的检测。通过电机驱动被试泵旋转 ，泵输出的高压油驱动马达；由于马达的输出轴与被试泵的输入轴机械连接，马达把液压能转化为机械能，并再次输入到系统中，驱动被试泵旋转。机械补偿功率回收方法必须满足两个条件才能进行功率回收：(1)马达的排量要小于泵的排量；(2)马达的转速要高于电机的转速。由于电机轴、泵轴和马达轴三者机械联收稿 日期：2012-O1-16基金项目：江苏省普通高校研究生科研创新计划项 目 (CXZZ1 1-0288)作者简介：李-磊 (1985-)，男，博士研究生，研究方向为液压系统与控制。E-mail：lyleicumt###gmail.corn。

第 4期 李-磊 等：乳化液泵功率 回收实验台设计 ·87·接，要求安装精度高，且对于电机的速度控制要求较高。

1.3 液压补偿功率回收液压补偿功率 回收方法把被试马达与加载泵同轴联接，加载泵的出油口直接连到被试马达的进油口。

加载泵作为被试马达的负载，把马达输出的机械功率转化为液压能再输入给被试马达。该方法多适用于高速液压马达或低速大扭矩马达的试验。

1.4 液压缸功率回收液压缸功率回收是把两个液压缸活塞杆连接起来，-个液压缸吸收被试泵输出的功率，推动另外-个液压缸运动，液压缸排出的高压油再输入到系统中，从而实现液压能 -机械能 -液压能的转化。该方法同时适用于液压泵或马达的检测，适用范围广。文中采用液压缸功率回收方法设计了乳化液泵节能型检测实验台 。

2 实验台系统原理文中设计的乳化液泵节能型检测实验台主要包括液压系统和电控系统两部分，液压系统主要实现不同形式功率之间的转化与回收，电控部分主要负责系统各元件运行参数的采集与控制。

2.1 液压 系统液压系统原理如图1所示。电动机1通过转速扭矩传感器2驱动电比例变量泵3，比例变量泵 3输出的液压油驱动电比例变量马达8旋转。马达8再通过转速扭矩传感器 12驱动被试乳化液泵 13旋转。被试乳化液泵 l3输出的乳化液经过三位四通换向阀 16进入左侧液压缸 21的左腔 ，推动右侧加载缸 22的活塞向右运动，从而排出右侧加载缸右腔的液压油。被排出的高压油经过整流单向阀组 20后与来自电比例变量泵 3的高压油汇合 ，共同驱动电比例变量马达。当左侧液压缸21运行到行程限位时触发限位开关，限位开关控制三位四通滑阀16换向，从而使液压缸反向运行，实现整个系统的循环。整个系统中，左半部分为乳化液系统，右半部分为液压油系统，互不干扰 、串油。

在此系统中，电比例变量马达 8既作为被试乳化液泵 13的动力输入源，又作为其负载 ，通过液压缸21与加载缸22的配合使用，实现了液压能 -机械能- 液压能的能量转化与回收。在检测时，被试乳化液泵 13输出的功率被液压缸 回收再利用 ，主电机的输出功率仅为系统各元件的损耗功率，系统功率回收系数高，装机功率大大降低，节约能源。为了降低方向阀换向时造成的压力冲击，实验台中使用两套液压缸同时运行、错 开换 向的方 法增加 系统运行时 的平稳性。

1- 电动机 2、l2-转速扭矩传感器 电比例娈量泵 4-过滤器5、15、l9-数字压力传感器 6-单向阀 7-溢流阀 8-电比例变量马达8、10、l4-涡轮流量传感器 l1-冷却器 13-被试乳化液泵l6-三位四通换向阀 17、18-蓄能器 2O-整流单向阀组 2l-液压缸22-加载缸图 1 液压系统原理系统运行时，通过放大器调节电比例变量泵与电比例变量马达的控制电流，从而改变泵和马达的排量：Q ：Vpn v (1)Q n /71 (2)式中：Q。为变量泵的输出流量 ， 为变量泵的排量，n 为变量泵转速， 为变量泵的容积效率；Q 为变量马达的输入流量 ， 为变量马达的排量 ，n 为变量马达的转速，叼 为变量马达的容积效率。

由连续性方程可得：Q。Q。AQQ (3)式中：Q 为加载缸的输出流量；AQ为系统沿程流量损失。

由式 (1)- (3)可得 ：rl， (Vpn 叼v Q AQ)田v /Vm (4)由式 (4)可知：在-定的电机转速情况下，增大变量泵的排量，同时减小马达的排量可以提高变量马达的输出转速，即增大被试乳化液泵的转速与流量。

当变量泵的排量保持不变时，单独减小比例马达的排量，可以增加液压油系统的压力，即提高整流单向阀组出口压力 ，从而增加被试乳化液泵的负载，提高被试乳化液泵的输出压力。通过变量泵与变量马达的排量调节，可以使试乳化液泵的流量与压力达到其额定值 ，从而实现对乳化液泵的检测功能。通过变量泵与马达不同的排量配比，可以扩大实验台对被试泵转速的适应范围。

系统中在变量泵和被试乳化液泵的出油口处安装有蓄能器 17和 18，可以吸收泵的流量脉动，减缓液压缸在换向过程中造成的压力冲击。由于经整流单向阀组 回收的液压油再次驱动马达，液压油循环在系统中运行会造成液压油的温度升高，系统中在马达的出油口处安装有冷却器 11，降低液压油的温度，改善系统运行环境。

第 4期 王基威 等 ：气动比例控制技术在下肢康复训练中的应用 ·107·缩。传感器实时的电压信号经过数据采集卡做 A/D转换，数据采集卡接入Pc机，在Pc机内部利用 PID控制算法，经D/A后输出-个电压送入比例流量阀，从而驱动气缸动作 ，来达到关节控制，从而实现了-个动态跟踪控制。同时通过程序将采集到的数据保存并经数据处理在 PC机上作出显示。

在实验 中分别设定0.05 Hz和0.1 Hz的正弦曲线为目标曲线，对步态控制康复训练系统做了髋关节跟踪试验。

从图5、6中不同频率的跟踪轨迹能够看出：在系统响应的整个周期中，基本上能够跟踪预设轨迹，证明了控制策略的有效性和可行性。

l-预设轨迹 2-跟踪 曲线 1-预设轨迹 2-跟踪曲线时间/s图 5 0.05 Hz髋关节跟踪曲线5O， 、4O0 30璧：。

1000 10 2O 3O时间，s图6 0.1 Hz髋关节跟踪衄线4 结束语根据下肢康复训练机器人的设计要求，设计了康复训练机器人的三维实际模型并搭建了完整的实验平台；做了减重力恒定实验和助力腿控制实验，阐明气动比例控制技术在下肢康复训练中应用的有效性；为以后实现基于肌电信号的下肢康复训练机器人整体系统研究提供了依据。并对进-步优化这种新型的下肢康复训练机器人提供了参考。