1.3.4　二次调节静液传动系统应用性能的研究现状

1986年,W.Holz发表了连载文章,介绍了二次调节静液传动系统,同时说明工程应用的可能性[83]。在单反馈闭环控制、双反馈闭环控制及数字闭环控制等研究的基础上,二次调节静液传动系统在实际工程领域中逐渐得到了应用。在德国汉堡国防工业大学静压传动和控制试验室研制开发的四轮驱动试验车上,进行了类似于二次调节静液传动的实物实验。1995年,德国力士乐公司为德累斯顿工业大学内燃机和汽车研究所研制了非常接近于实际运行状况的一台大功率二次调节反馈控制的实验台[84]。1997年,美国学者John Henry Lumkes应用二次调节静液传动技术,对某款福特汽车进行结构改进设计,并对二次元件的排量采用Bang⁃Bang控制策略。德国的Z.Pawelski将二次调节静液传动系统应用到城市公共汽车传动系统中,经运行测试,节能效果非常显著。这台改进设计的公共汽车,由一台斜盘轴向柱塞式二次元件A4VSO250DS21进行驱动[85],如图1⁃3所示。

图1⁃3　二次调节静液传动应用于公共汽车的工作原理

1—油箱;2—发动机;3—恒压变量泵;4—液压蓄能器;5—二次元件;6—驱动轮轴

该系统由发动机、恒压变量泵、液压蓄能器、二次元件、驱动轮轴等构成。车辆满载起动时,二次调节混合动力系统可以输出大约180kW的功率,能使公交汽车在20s内加速到50km/h。而发动机的输出功率却只有30kW,其中150kW的差值是由液压蓄能器提供的。日本也对二次调节静液传动技术的理论及应用进行了广泛深入的研究,研发了采用该技术的混合动力公交汽车,几家著名汽车制造公司生产了基于恒压网络的液压混合动力公交汽车,即采用二次调节静液传动系统的混合动力公交汽车,在东京等多个城市中运营,经测试混合动力公交汽车的尾气排放和燃油消耗均降低了20%以上。1998年,德国R.E.Parisi教授探讨了将二次调节静液传动技术应用到石油开采工程中的可行性[86]。随着研究的发展和深入,二次调节静液传动技术在实际工程中应用不断扩大。近几年,美国Southwest Research Institute与Michigan大学、德国FEVEngine Technology Inc.、英国Ricard等著名研究机构与高校也相继对二次调节静液传动技术的工程应用开展了大量的研究。例如,美国国家环境保护署出资对福特汽车公司与伊顿公司共同研制液压驱动混合动力汽车立项支持,2004年已有样车参展[87]。2005年,美国国家环境保护署宣布与4家单位合作研制新一代全液压驱动混合动力汽车,并将致力于混合动力汽车产品市场转化的目标。

在液压变压器的应用方面,日本Sophia大学对斜盘轴向柱塞式液压变压器在恒压网络下的工作效率进行了卓有成效的研究,设计了斜盘轴向柱塞式液压变压器与活塞缸之间的多种连接组合,并仿真研究了每种连接方式下柱塞式液压变压器的效率,结果表明:通过合理设计液压变压器和液压缸的连接方式,斜盘轴向柱塞式液压变压器的工作效率可达80%[88]。德国力士乐公司已将斜盘轴向柱塞式液压变压器应用到注塑机和挖掘机上,系统工作效率和运行性能都得到了改善[89]。

自1990年开始,国内研究人员对二次调节静液传动系统的工程应用进行了大量的探索和研究,并取得了一系列研究成果。原中国农机研究所的闫雨良等设计了采用二次调节静液传动技术的遥控装载机[90]。上海煤炭机械研究所的蒋国平研究了采用A4V通轴泵作为二次元件进行功率回收的液压实验台,并展示了在恒压网络中并联多个相互独立、互不影响的二次元件的优点[2,91]。同济大学的范基、萧子渊等研制采用二次调节静液传动技术的实验系统[1,92],该实验系统所用的二次元件是由ZM75变量马达改进设计并研制成功的,除了用于回收二次调节系统的回转或直线运动的负载动能外,而且能够实现对实验系统的加载。2000年以来,哈尔滨工业大学姜继海、赵春涛等对二次调节技术在混合动力公交客车传动系统上的应用进行了研究,混合动力公交客车采用串联式二次调节传动结构,提出了转速控制、恒扭矩控制和恒功率控制的节能制动模式,可实现车辆制动动能和坡道重力能的回收、转换储存和重新利用[93]。2003年,浙江大学顾临怡等设计一种“定流网络二次调节液压系统”[94]。北京理工大学苑士华等研究了公交客车制动能量的回收特性,根据车辆四工况循环图的要求,进行了计算机模拟计算,结果显示节油率达到了28%[95]。2005年,南京理工大学韩文等研制了基于二次调节静液传动技术的新型电控液驱车实验装置[96]。哈尔滨工业大学刘宇辉、姜继海设计开发了基于流量耦联二次调节静液传动系统的液压抽油机[97],液压抽油机由两个二次元件同轴刚性联接,如图1⁃4所示。2006年,哈尔滨工业

图1⁃4　二次调节流量耦联液压抽油机原理

1—电机;2,3—二次元件;4,6—溢流阀;5—液压蓄能器;7—单向阀;8—液压油缸;9,10—行程开关;11—负载

大学刘晓春利用二次调节流量耦联传动系统进行位能回收并将能量回馈电网的研究,取得了不错的效果[98]。哈尔滨工业大学孙辉、姜继海研究了公交客车二次调节混合动力传动系统的关键技术,设计了新型的二次调节静液传动车辆混合动力系统,实现车辆惯性能和重力能的回收及重新利用,改善了车辆的燃油经济性,降低了有害气体的排放[99]。西华大学吴涛等对串联型液压混合动力传动车辆的参数匹配与动力性能进行仿真研究,为关键液压元件的选型提供了参考依据[100]。在液压变压器的应用方面,浙江大学徐兵、杨华勇等对柱塞式液压变压器在液压系统中的节能应用进行了深入研究[101]。福州大学林述温设计了恒压网络种应用液压变压器的挖掘机液压系统的方案,结合具体的挖掘机工况分析了3种不同结构的挖掘机液压控制系统的能量消耗对比[102]。哈尔滨工业大学的姜继海等也对液压变压器在挖掘机系统中的应用及能量回收与重新利用进行了系列研究[103⁃106]。

综上所述,国内外许多专家学者对二次调节静液传动技术的理论及其应用进行了广泛和深入的研究,并取得了显著的成绩。但到目前为止,对该技术的研究大都是基于压力耦联的恒压网络或准恒压网络中展开的,对二次调节静液传动系统在非恒压网络中的流量耦联的研究才刚刚开始。