功率回收HK型葉片式液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)的研制

計(jì) 帥 萬(wàn)會(huì)雄

武漢理工大學(xué)物流工程學(xué)院 武漢 430063

0 引言

低速大扭矩葉片式液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速一般不超過(guò)400 r/min，輸出扭矩通常都大于1 000 N·m[1,2]。該類(lèi)型液壓馬達(dá)的種類(lèi)和生產(chǎn)廠家較多，從結(jié)構(gòu)類(lèi)型、技術(shù)性能和市場(chǎng)占有率等方面來(lái)看，某公司生產(chǎn)的采用弧形頂桿的HL、HK、HN型三作用、HVB、HVN型四作用以及HVK、HV-LL型六作用低速大扭矩葉片式液壓馬達(dá)具有一定的優(yōu)勢(shì)。

上述葉片式液壓馬達(dá)能根據(jù)負(fù)載大小自動(dòng)調(diào)節(jié)其工作轉(zhuǎn)速，性能可靠且換向頻率較高，故在采用液壓絞車(chē)的起重運(yùn)輸機(jī)械及錨泊機(jī)械等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[3]。

低速大扭矩葉片式液壓馬達(dá)是所屬機(jī)械設(shè)備的關(guān)鍵執(zhí)行元件。為確保所生產(chǎn)的葉片式液壓馬達(dá)性能穩(wěn)定、可靠性高、使用壽命長(zhǎng)，本文僅以某公司生產(chǎn)的HK型中壓低速大扭矩葉片式液壓馬達(dá)為對(duì)象，采用串并聯(lián)液壓補(bǔ)償方式建立符合標(biāo)準(zhǔn)（JB/T 10829—2008）[4]的功率回收型低速大扭矩葉片式液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)。在液壓原理設(shè)計(jì)及靜態(tài)分析的基礎(chǔ)上，采用AMESim仿真軟件對(duì)被試對(duì)象的轉(zhuǎn)速、加載壓力及扭矩控制特性進(jìn)行建模與仿真。其研究成果對(duì)被試對(duì)象的性能測(cè)試及相關(guān)試驗(yàn)臺(tái)的研發(fā)具有一定的指導(dǎo)與參考作用。

1 主要技術(shù)指標(biāo)

HK型中壓低速大扭矩葉片式液壓馬達(dá)的主要技術(shù)指標(biāo)：最大排量VB=14.835 L/r，額定壓力pS=7.5 MPa，低速提升重物時(shí)的額定轉(zhuǎn)速nBL=47 r/min，高速下放重物時(shí)的額定轉(zhuǎn)速nBH=143 r/min，額定壓力下的輸出扭矩TS=17 345 N·m，機(jī)械效率ηBm=0.977，容積效率ηBV=0.96，轉(zhuǎn)速及壓力控制準(zhǔn)確度不低于B級(jí)[4]。

2 試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

基于上述HK型中壓低速大扭矩葉片式液壓馬達(dá)的主要技術(shù)指標(biāo)，所設(shè)計(jì)的功率回收低速大扭矩葉片式液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)原理如圖1所示[5，6]。

圖1 HK型葉片式液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)原理圖

2.1 系統(tǒng)組成原理

根據(jù)功能不同，可將圖1所示液壓系統(tǒng)分為功率回收回路、串聯(lián)補(bǔ)償回路和并聯(lián)補(bǔ)償回路[7]。

2.1.1 功率回收回路

功率回收回路是由被試葉片式液壓馬達(dá)32、加載葉片式液壓馬達(dá)泵體30、扭矩轉(zhuǎn)速傳感器31、二通方向閥插裝件21～24及其控制蓋板25～28等元件組成。

被試葉片式液壓馬達(dá)32具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)與工作特性，它包括葉片式液壓馬達(dá)泵體33和控制器35兩部分。泵體內(nèi)裝有三作用葉片泵芯和安全閥34；控制器是由五位八通手動(dòng)換向閥38、低壓切換閥37、高壓切換閥36、平衡閥42和單向閥等元件集合而成；控制器通過(guò)螺栓固定在泵體上的相應(yīng)油口部位。

控制器中的五位八通手動(dòng)換向閥共有5個(gè)工位，即中位，正車(chē)（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3個(gè)起升重物工位）和倒車(chē)（Ⅳ1個(gè)下放重物工位），如圖1所示。

被試葉片式液壓馬達(dá)在實(shí)際所用的液壓絞車(chē)系統(tǒng)中，采用定量泵供油。中位時(shí)，液壓系統(tǒng)卸荷，葉片式液壓馬達(dá)停止回轉(zhuǎn)，泵芯中的A、B、C為高壓腔，D、E、F為回油腔，在平衡閥的作用下，起升的重物保持所處的位置不變。

正車(chē)時(shí)，葉片式液壓馬達(dá)起升重物。當(dāng)五位八通手動(dòng)換向閥處于正車(chē)Ⅰ工位時(shí)，泵芯中的A、B、C為高壓腔，D、E、F為回油腔，液壓馬達(dá)的排量為VB，所能起升的重量最大、轉(zhuǎn)速最低（為nB）。當(dāng)五位八通手動(dòng)換向閥處于正車(chē)Ⅱ工位，所起升重物的負(fù)載壓力未達(dá)到高壓切換閥的控制壓力時(shí)，泵芯中的A、B為高壓腔，D、C、E、F為回油腔，單向閥40起補(bǔ)油作用，此時(shí)，液壓馬達(dá)的排量為VB/2，所能起升貨物的質(zhì)量為最大起重量的2/3倍，轉(zhuǎn)速為VB/3；當(dāng)所起升重物的負(fù)載壓力達(dá)到高壓切換閥的控制壓力時(shí)，高壓切換閥換向，自動(dòng)使泵芯中的A、B、C為高壓腔，D、E、F為回油腔，此時(shí)，液壓馬達(dá)的排量、所能起升貨物的重量及轉(zhuǎn)速與工位Ⅰ相同。當(dāng)五位八通手動(dòng)換向閥處于正車(chē)Ⅲ工位，所起升重物的負(fù)載壓力未達(dá)到低壓切換閥37的工作壓力時(shí)，泵芯中的A為高壓腔，B、D、C、E、F均為回油腔，單向閥39和40向B、C腔補(bǔ)油，此時(shí)，液壓馬達(dá)的排量最?。閂B/3），所能起升貨物的質(zhì)量為最大起重量的1/3倍，轉(zhuǎn)速最高（為3nB）；當(dāng)所起升重物的負(fù)載壓力分別達(dá)到低壓切換閥和高壓切換閥的控制壓力時(shí)，液壓馬達(dá)的排量、所能起升貨物的質(zhì)量及轉(zhuǎn)速與正車(chē)Ⅱ工位中相應(yīng)負(fù)載壓力時(shí)的工況相同。

倒車(chē)時(shí)，葉片式液壓馬達(dá)下放重物。此時(shí)，五位八通手動(dòng)換向閥處于倒車(chē)Ⅳ工位，泵芯中的F為進(jìn)油腔，D、E為回油腔，C的排油通過(guò)單向閥39與A、B高壓腔相連通，平衡閥42防止重物下放時(shí)出現(xiàn)失速現(xiàn)象。此時(shí)，液壓馬達(dá)的排量最?。閂B/3），轉(zhuǎn)速最大（為3nB）。

被試葉片式液壓馬達(dá)的上述工作特性能降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，其排量及轉(zhuǎn)速隨負(fù)載壓力的變化性能是功率回收低速大扭矩葉片式液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)的依據(jù)。

圖1中實(shí)現(xiàn)功率回收的加載葉片式液壓馬達(dá)泵體30與被試葉片式液壓馬達(dá)泵體33相同，即采用了對(duì)拖加載方式。被試葉片式液壓馬達(dá)32的換向由其控制器38實(shí)現(xiàn)；4臺(tái)二通方向閥插裝件21～24及其控制蓋板25～28組成整流部件，可自動(dòng)隨被試葉片式液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)向變換其內(nèi)部油路，保持加載葉片式液壓馬達(dá)向控制器的P9口提供壓力油，實(shí)現(xiàn)功率回收；此外，由于加載葉片式液壓馬達(dá)泵體與被試葉片式液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)向相反（從軸端來(lái)看），作為加載用的葉片式液壓馬達(dá)泵體不能裝有控制器。

被試葉片式液壓馬達(dá)通過(guò)扭矩轉(zhuǎn)速傳感器31與加載葉片式液壓馬達(dá)泵體同軸機(jī)械聯(lián)接，由扭矩轉(zhuǎn)速傳感器、電控系統(tǒng)及電磁比例溢流閥46等元件組成閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)被試葉片式液壓馬達(dá)的加載壓力及輸出扭矩控制。

2.1.2 串聯(lián)補(bǔ)償回路

串聯(lián)補(bǔ)償回路是由電動(dòng)機(jī)4、6、9，串聯(lián)補(bǔ)償泵（定量葉片泵5、7、8），單向閥12、13和14，二通壓力閥插裝件15、壓力閥控制蓋板16、電磁換向閥18及遙控式溢流閥19等元件組成。

圖1中，當(dāng)電磁換向閥18上的電磁鐵DT1失電時(shí)，電動(dòng)機(jī)4、6或9空載起動(dòng)；當(dāng)電磁鐵DT1得電時(shí)，串聯(lián)補(bǔ)償泵通過(guò)單向閥14、13或12向二通壓力閥插裝件15以及整流部件的P4口供油，使整流部件A1油口的供油壓力為p1。

如上述供油壓力p1較低，使被試葉片式液壓馬達(dá)所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)扭矩不足以克服被試葉片式液壓馬達(dá)、加載葉片式液壓馬達(dá)泵體等部件的機(jī)械摩擦扭矩時(shí)，被試葉片式液壓馬達(dá)及加載葉片式液壓馬達(dá)泵體不能回轉(zhuǎn)；調(diào)節(jié)遙控式溢流閥19，使供油壓力升高，當(dāng)該壓力升高到一定值時(shí)，被試葉片式液壓馬達(dá)輸出扭矩增大，并能驅(qū)動(dòng)加載葉片式液壓馬達(dá)回轉(zhuǎn)。試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)工作時(shí)，遙控式溢流閥為安全閥，其設(shè)定壓力約為串聯(lián)補(bǔ)償泵供油壓力p1的1.2倍。加載葉片式液壓馬達(dá)泵體進(jìn)出口壓差隨著供油壓力p1的變化而變化，從而改變被試葉片式液壓馬達(dá)的輸出扭矩。供油壓力p1能自動(dòng)地與被試葉片式液壓馬達(dá)、加載葉片式液壓馬達(dá)泵體等部件的機(jī)械摩擦扭矩相適應(yīng)，保證被試葉片式液壓馬達(dá)總能驅(qū)動(dòng)加載葉片式液壓馬達(dá)泵體回轉(zhuǎn)。

由于加載葉片式液壓馬達(dá)所需的供油壓力p1較低，為降低成本，串聯(lián)補(bǔ)償泵采用3臺(tái)定量葉片泵組合供油，實(shí)現(xiàn)被試葉片式液壓馬達(dá)三級(jí)調(diào)速。

2.1.3 并聯(lián)補(bǔ)償回路

并聯(lián)補(bǔ)償回路是由電動(dòng)機(jī)52、并聯(lián)補(bǔ)償泵（恒壓變量泵53）、單向閥47、二通壓力閥插裝件49、壓力閥控制蓋板51及電磁比例溢流閥46等元件組成。

并聯(lián)補(bǔ)償泵通過(guò)單向閥47向被試葉片式液壓馬達(dá)和加載葉片式液壓馬達(dá)泵體提供壓力油，以補(bǔ)償兩者的流量損失并提供多余的流量通過(guò)二通壓力閥插裝件。

壓力閥控制蓋板中的溢流閥和電磁比例溢流閥為二通壓力閥插裝件的先導(dǎo)閥。其中，壓力閥控制蓋板中的溢流閥為安全閥；調(diào)節(jié)電控系統(tǒng)的壓力控制輸入信號(hào)，即能通過(guò)電磁比例溢流閥46改變加載壓力p2，從而使被試葉片式液壓馬達(dá)的加載壓力和輸出扭矩滿足試驗(yàn)要求。

圖1中，被試葉片式液壓馬達(dá)的輸入流量和泄漏流量分別由流量傳感器56和10檢測(cè)，試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)的油溫由風(fēng)冷器63控制。

2.2 串、并聯(lián)補(bǔ)償泵的選型及功率回收率的計(jì)算

2.2.1 串聯(lián)補(bǔ)償泵

被試葉片式液壓馬達(dá)的最大輸入流量為[8]

式中：ηBV為被試葉片式液壓馬達(dá)的容積效率，取0.96。

將圖1中低壓切換閥37和高壓切換閥36的控制壓力分別設(shè)定為3 MPa和5 MPa。根據(jù)上述對(duì)該被試葉片式液壓馬達(dá)工作特性的分析，當(dāng)其處于高速輕載（0～3 MPa）、中速中載（3～5 MPa）和低速重載（5～7.5 MPa）工況時(shí)，被試葉片式液壓馬達(dá)的排量（記為VBK）分別為VB1=VB/3、VB2=2VB/3和VB3=VB，轉(zhuǎn)速分別為3nB、3nB/2和nB。由式（1）可計(jì)算出被試葉片式液壓馬達(dá)在上述3種工況下所需的流量均為qB=726.3L/min。

圖1中，被試葉片式液壓馬達(dá)的輸出扭矩TBO與加載葉片式液壓馬達(dá)泵體的輸入扭矩TJi相等。而

由此可得

由式（2）可得，當(dāng)P2=PS，被試葉片式液壓馬達(dá)處于高速輕載、中速中載和低速重載3種工況（即VBK分別為VB/3、2VB/3、VB）時(shí)，加載葉片式液壓馬達(dá)泵體供油壓力的最大值依次為5.11 MPa、2.73 MPa和0.35 MPa。

根據(jù)上述計(jì)算與分析結(jié)果，串聯(lián)補(bǔ)償泵采用3臺(tái)T7B型單聯(lián)葉片泵組合使用，實(shí)現(xiàn)被試葉片式液壓馬達(dá)三級(jí)調(diào)速，并能檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)對(duì)其轉(zhuǎn)速的控制性能。3臺(tái)單聯(lián)葉片泵排量分別為VC1=269 mL/r、VC2=142.2 mL/r和VC3=111 mL/r。三級(jí)調(diào)速時(shí)串聯(lián)補(bǔ)償泵的組合排量分別為

串聯(lián)補(bǔ)償泵的輸出流量為

式中：nD為驅(qū)動(dòng)串聯(lián)補(bǔ)償泵的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，取1 480 r/min；ηcV為串聯(lián)補(bǔ)償泵（包括相應(yīng)閥組）的容積效率，取0.94；k為序號(hào)，k=1、2、3。

由式（4）～式（7），可計(jì)算出三級(jí)調(diào)速時(shí)串聯(lián)補(bǔ)償泵的輸出流量分別為qZ1=350.86 L/min、qZ2=527.26 L/min和qZ3=725.09 L/min。由此可見(jiàn)，串聯(lián)補(bǔ)償泵的最大輸出流量qZ3滿足被試葉片式液壓馬達(dá)最大輸入流量qB的要求。

當(dāng)串聯(lián)補(bǔ)償泵的輸出流量為qZ3時(shí)，被試葉片式液壓馬達(dá)的輸入流量為

由式（8）可計(jì)算出被試葉片式液壓馬達(dá)在高速輕載、中速中載和低速重載工況時(shí)的輸入流量分別為qB1=232.03 L/min、qB2=464.06 L/min、qB3=696.09 L/min。

當(dāng)串聯(lián)補(bǔ)償泵的輸出流量為qZ3時(shí)，其輸入功率為

式中：ΔpC為串聯(lián)補(bǔ)償泵排油口至加載葉片式液壓馬達(dá)進(jìn)油口的壓力損失，取1 MPa；ηcm為串聯(lián)補(bǔ)償泵的機(jī)械效率，取0.95。

當(dāng)加載葉片式液壓馬達(dá)泵體供油壓力p1依次為5.11 MPa、2.73 MPa和0.35 MPa時(shí)，由式（9）可計(jì)算出串聯(lián)補(bǔ)償泵的輸入功率分別為PC1=82.69 kW、PC2=50.48 kW和PC3=18.27 kW。

2.2.2 并聯(lián)補(bǔ)償泵

并聯(lián)補(bǔ)償泵的輸出流量及輸入功率分別為

式中：qf為圖1中二通壓力閥插裝件49正常調(diào)壓時(shí)所需的最小流量，取50 mL/min；ΔpF為并聯(lián)補(bǔ)償泵排油口至被試葉片式液壓馬達(dá)進(jìn)油口的壓力損失，取0.9 MPa。ηFV、ηFM為并聯(lián)補(bǔ)償泵的容積效率與機(jī)械效率，取ηFV=0.96、ηFM=0.95。

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，并聯(lián)補(bǔ)償泵采用A10VSO型恒壓變量泵，其排量設(shè)定為76.5 mL/r。

2.2.3 功率回收率

試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)的回收功率為被試葉片式液壓馬達(dá)的輸出功率。當(dāng)串聯(lián)補(bǔ)償泵的輸出流量為qZ3、且p2=pS時(shí)，該回收功率為

試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)的功率回收率為

由式（11）、式（12），可計(jì)算出被試葉片式液壓馬達(dá)在高速輕載、中速中載和低速重載工況時(shí)試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)的功率回收率分別為ξ1=21.39%、ξ2=46.61%和ξ3=69.62%。

按照J(rèn)B/T 10829—2008[4]的規(guī)定，液壓馬達(dá)應(yīng)在滿載工況下試驗(yàn)。由上述計(jì)算可知，被試葉片式液壓馬達(dá)在低速重載工況時(shí)，其功率回收率高。

2.2 液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)

1）采用串并聯(lián)液壓補(bǔ)償功率回收方式，能起到降低電動(dòng)機(jī)的裝機(jī)功率、節(jié)約能源及減少系統(tǒng)發(fā)熱等作用；

2）串聯(lián)補(bǔ)償泵采用3臺(tái)單聯(lián)葉片泵組合使用，能實(shí)現(xiàn)被試葉片式液壓馬達(dá)三級(jí)調(diào)速，且試驗(yàn)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，控制方便；

3）系統(tǒng)中被試葉片式液壓馬達(dá)的加載壓力采用閉環(huán)控制，試驗(yàn)重復(fù)性好、參數(shù)測(cè)試準(zhǔn)確。

3 基于AMESim試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)的建模與仿真

3.1 仿真模型的建立

根據(jù)圖1所示試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)原理，采用AMESim仿真軟件中的機(jī)械庫(kù)和液壓庫(kù)等，所建立的仿真模型如圖2所示[9-13]。

仿真模型針對(duì)被試葉片式液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速及扭矩2個(gè)最主要的試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行建模與仿真。為簡(jiǎn)化計(jì)算，將圖1中平衡閥42的控制壓力設(shè)定為8.28 MPa，3臺(tái)單聯(lián)葉片泵5、7、8及單向閥14、13、12分別由圖2中的1臺(tái)串聯(lián)補(bǔ)償泵1和1臺(tái)單向閥4代替，圖1中的控制器35則由1臺(tái)等效的電磁換向閥17取代，該處理不會(huì)對(duì)仿真結(jié)果產(chǎn)生影響。

基于圖2中各元件的選型樣本，所得到相關(guān)子模型的參數(shù)設(shè)置如表1[14]所示。

圖2 HK型葉片式液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)仿真模型

表1 系統(tǒng)子模型的參數(shù)設(shè)置

3.2 調(diào)速特性的仿真分析

按照?qǐng)D2所示的仿真模型及表1各子模型的參數(shù)設(shè)置，當(dāng)串聯(lián)補(bǔ)償泵的輸出流量分別為VZ1=252.2 mL/r、VZ2=379 mL/r和VZ3=521.2 mL/r時(shí)，所得到的被試葉片式液壓馬達(dá)調(diào)速特性如圖3所示。

圖3 被試葉片式液壓馬達(dá)的調(diào)速特性

圖中的仿真時(shí)間t設(shè)定為：時(shí)間(0～5) s、(5～10)s、(10～15) s、(15～20) s 和(20～25) s 分別對(duì)應(yīng)圖1中五位八通換向閥38的正車(chē)Ⅰ工位、正車(chē)Ⅱ工位、正車(chē)Ⅲ工位、中位和倒車(chē)Ⅳ工位。

由圖3可見(jiàn)，當(dāng)串聯(lián)補(bǔ)償泵的排量分別為VZ1=252.2 mL/r、VZ2=379 mL/r和VZ3=521.2 mL/r時(shí)，被 試 葉 片式液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速分別為47.32 r/min、34.18 r/min和22.63 r/min，且轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，其最高轉(zhuǎn)速滿足試驗(yàn)臺(tái)技術(shù)指標(biāo)的要求。

在正車(chē)Ⅱ工位、正車(chē)Ⅲ工位和倒車(chē)Ⅳ工位，圖1中加載葉片式液壓馬達(dá)泵體30的排量依次為被試葉片式液壓馬達(dá)32排量的1.5倍、3倍和3倍，因此，加載葉片式液壓馬達(dá)泵體分別有2/3、1/3和1/3的輸出流量進(jìn)入被試葉片式液壓馬達(dá)，其余流量通過(guò)圖1中二通壓力閥插裝件49溢流，不會(huì)出現(xiàn)困油現(xiàn)象。

3.3 加載壓力及扭矩控制特性的仿真分析

按照?qǐng)D2所示的仿真模型及表1各子模型的參數(shù)設(shè)置，所得出的被試葉片式液壓馬達(dá)加載壓力及扭矩控制特性分別如圖4和圖5所示。圖中仿真時(shí)間的設(shè)定與被試葉片式液壓馬達(dá)調(diào)速特性中的仿真時(shí)間t相同。

由圖4可見(jiàn)，在正車(chē)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ工位和倒車(chē)Ⅳ工位的仿真時(shí)間段內(nèi)，當(dāng)圖2中信號(hào)源9的指令輸入電流依次為6 mA、10 mA和15 mA時(shí)，被試葉片式液壓馬達(dá)的加載壓力分別為3.01 MPa、5.02 MPa和7.52 MPa，且控制壓力穩(wěn)定，滿足試驗(yàn)臺(tái)技術(shù)指標(biāo)的要求；當(dāng)圖1中五位八通換向閥38處于中位的(15～20) s時(shí)間段內(nèi)，被試葉片式液壓馬達(dá)的加載壓力為0。

圖4 被試葉片式液壓馬達(dá)加載壓力控制特性

由圖5可見(jiàn)，在正車(chē)Ⅰ工位的(0～5) s時(shí)間段內(nèi)，由于被試葉片式液壓馬達(dá)處于最大排量（為VB）工況，當(dāng)圖2中信號(hào)源9的指令輸入電流依次為6 mA、10 mA和15 mA時(shí)，被試葉片式液壓馬達(dá)的輸出扭矩分別為6 917 N·m、11 568 N·m和17 399 N·m。

圖5 被試葉片式液壓馬達(dá)扭矩控制特性

在正車(chē)Ⅱ工位的(5～10) s時(shí)間段內(nèi)，當(dāng)圖2中信號(hào)源9的指令輸入電流依次為6 mA和10 mA時(shí)，被試葉片式液壓馬達(dá)的排量均為2VB/3，其輸出扭矩分別為4 734 N·m和7 835 N·m；而當(dāng)指令輸入電流為15 mA時(shí)，圖1中的高速切換閥36換向，被試葉片式液壓馬達(dá)的排量變換為VB，其輸出扭矩分別為17 399 N·m。

在正車(chē)Ⅲ工位的(10～15) s時(shí)間段內(nèi)，當(dāng)圖2中信號(hào)源9的指令輸入電流為6 mA時(shí)，被試葉片式液壓馬達(dá)的排量為VB/3，其輸出扭矩為2 369 N·m；當(dāng)指令輸入電流分別為10 mA和15 mA時(shí)，圖1中低速切換閥37和高速切換閥36依次換向，被試葉片式液壓馬達(dá)的排量變換為2VB/3和VB，其輸出扭矩分別為7 835 N·m和17 399 N·m。

當(dāng)圖1中五位八通換向閥38處于中位時(shí)(15～20) s時(shí)間段內(nèi)，被試葉片式液壓馬達(dá)的輸出扭矩為0。

在倒車(chē)Ⅳ工位的(20～25) s時(shí)間段內(nèi)，被試葉片式液壓馬達(dá)的排量為VB/3，當(dāng)圖2中信號(hào)源9的指令輸入電流依次為6 mA、10 mA和15 mA時(shí)，被試葉片式液壓馬達(dá)的輸出扭矩在20.1 s趨于穩(wěn)定，分別為2 418 N·m、3 968 N·m和5 912 N·m。

由圖3～圖5可知，被試葉片式液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速經(jīng)過(guò)0.24 s趨于穩(wěn)定，在0.2 s時(shí)系統(tǒng)最高轉(zhuǎn)速為48.05 r/min，其最大轉(zhuǎn)速誤差為0.68%；被試葉片式液壓馬達(dá)的加載壓力經(jīng)過(guò)0.2 s趨于穩(wěn)定，最小壓力為3.01 MPa，其最大壓力誤差為0.33%；被試葉片式液壓馬達(dá)的輸出扭矩在0.25 s時(shí)趨于穩(wěn)定，最大扭矩為17 399 N·m，其最大扭矩誤差為0.31%。測(cè)量系統(tǒng)的允許誤差均在B[4]級(jí)精度以?xún)?nèi)。

4 結(jié)論

本文基于HK型中壓低速大扭矩葉片式液壓馬達(dá)的主要技術(shù)指標(biāo)及其工作特性分析，采用串并聯(lián)液壓補(bǔ)償方式完成了該類(lèi)型葉片式液壓馬達(dá)試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)、建模與仿真。其主要結(jié)論如下：

1）試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)采用功率回收方式，功率回收率達(dá)69.62%，從而起到了降低電動(dòng)機(jī)的裝機(jī)功率、節(jié)約能源及減少系統(tǒng)發(fā)熱等作用。

2）串聯(lián)補(bǔ)償泵采用3臺(tái)單聯(lián)葉片泵組合使用，實(shí)現(xiàn)了被試葉片式液壓馬達(dá)三級(jí)調(diào)速，具有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方便和降低制造成本等優(yōu)點(diǎn)；此外，被試葉片式液壓馬達(dá)的加載壓力采用閉環(huán)控制，自動(dòng)化程度高。

3）基于AMESim軟件，完成了試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)的建模與仿真。仿真結(jié)果表明：在低速重載工況下，被試葉片式液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速、加載壓力和輸出扭矩分別為47.32 r/min、7.52 MPa和17 399 N·m，且上述各參數(shù)調(diào)節(jié)性能好、控制準(zhǔn)確。

4）該試驗(yàn)臺(tái)已完成調(diào)試試驗(yàn)。結(jié)果表明，所研制的試驗(yàn)臺(tái)符合標(biāo)準(zhǔn)JB/T 10829—2008的規(guī)定，且具有功率利用合理、功能完善、測(cè)試準(zhǔn)確、自動(dòng)化程度高及安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，其各項(xiàng)性能達(dá)到了所規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)要求。