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工程设计学报
工程设计学报  2024, Vol. 31 Issue (6): 776-783    DOI: 10.3785/j.issn.1006-754X.2024.14.03
【特约专栏】“2024’工程机械行业科技节”成果展示——创新技术及其应用     
基于流体脉宽调制的定量泵负载敏感系统能耗分析
任燕1(),陶王方1,吴剑1,黄煜2,鲁立中2
1.温州大学 机电工程学院，浙江 温州 325035
2.浙江工业大学 机械工程学院，浙江 杭州 310023
Energy consumption analysis of load sensitive system of fixed displacement pump based on fluid pulse width modulation
Yan REN1(),Wangfang TAO1,Jian WU1,Yu HUANG2,Lizhong LU2
1.College of Mechanical and Electrical Engineering, Wenzhou University, Wenzhou 325035, China
2.College of Mechanical Engineering, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310023, China
 全文: PDF(4188 KB)   HTML
摘要：

为了减小定量泵负载敏感系统的能耗，用二维脉宽调制转阀替代泵控系统中由负载敏感阀构成的阀组，设计了一种基于流体脉宽调制的负载敏感系统。根据该负载敏感系统的工作原理，建立了系统AMESim仿真模型，对系统的负载敏感特性和能耗进行了仿真分析，并搭建了实验平台，进行实验验证。结果表明：二维脉宽调制转阀与定量泵的组合使系统具有负载敏感特性，使得定量泵输出功率和负载消耗的功率都随着负载的变化而变化，减小了溢流损失，提高了系统的节能效果。
关键词： 负载敏感;  二维脉宽调制转阀;  流体脉宽调制;  能耗分析    
Abstract:

In order to reduce the energy consumption of the load sensitive system of a fixed displacement pump, the valve group composed of load sensitive valves in the pump control system was replaced by a two-dimensional pulse width modulated rotary valve, and a load sensitive system based on fluid pulse width modulation was designed. According to the working principle of the load sensitive system, the AMESim simulation model of the system was established, the load sensitive characteristics and energy consumption of the system were simulated and analyzed, and an experimental platform was built for experimental verification. The results showed that the combination of two-dimensional pulse width modulated rotary valve and fixed displacement pump made the system load sensitive, so that the fixed displacement pump output power and load consumption power changed with the load, which reduced the overflow loss and improved the energy saving effect of the system.
Key words: load sensing    two-dimensional pulse width modulation rotary valve    fluid pulse width modulation    energy consumption analysis
收稿日期: 2024-04-15 出版日期: 2024-12-31
CLC:  TH 137.51  
基金资助: 国家自然科学基金资助项目(52175060)
作者简介: 任 燕（1980—），女，教授，博士，从事液压元件和系统的设计、仿真等研究，E-mail: rentingting211@wzu.edu.cn, https://orcid.org/0000-0001-7968-1328
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任燕
陶王方
吴剑
黄煜
鲁立中

引用本文:

任燕,陶王方,吴剑,黄煜,鲁立中. 基于流体脉宽调制的定量泵负载敏感系统能耗分析[J]. 工程设计学报, 2024, 31(6): 776-783.

Yan REN,Wangfang TAO,Jian WU,Yu HUANG,Lizhong LU. Energy consumption analysis of load sensitive system of fixed displacement pump based on fluid pulse width modulation[J]. Chinese Journal of Engineering Design, 2024, 31(6): 776-783.

链接本文:

https://www.zjujournals.com/gcsjxb/CN/10.3785/j.issn.1006-754X.2024.14.03    或    https://www.zjujournals.com/gcsjxb/CN/Y2024/V31/I6/776

图1  二维脉宽调制转阀结构
图2  τ=50%时阀芯和阀套平面图
图3  τ=50%时流量分布图
图4  τ>50%时阀芯和阀套平面图
图5  τ >50%时流量分布图
图6  基于流体脉宽调制的负载敏感系统的结构1—电机；2—定量泵；3—安全阀；4—二位脉宽调制转阀；5—节流阀；6—液压缸。
图7  传统定量泵负载敏感系统工作原理示意
图8  传统定量泵负载敏感系统能耗图
图9  基于流体脉宽调制的负载敏感系统能耗图
图10  基于流体脉宽调制的负载敏感系统仿真模型
参数数值
电机转速/(r/min)1 000
泵排量/(L/min)12
阀芯质量/kg5
活塞直径/mm30
活塞杆直径/mm24
弹簧预紧力/N407
弹簧刚度/(N/mm)5
表1  负载敏感系统仿真模型参数
图11  液压缸外负载力变化曲线
图12  节流阀两端的压力变化曲线
图13  负载敏感系统的功率和能量变化曲线
图14  负载敏感系统节能实验平台
图15  负载敏感系统压力—流量实验曲线
图16  泵输出能量和负载消耗能量实验值与仿真值的对比
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