1.3.4　二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用性能的研究現(xiàn)狀

1986年,W.Holz發(fā)表了連載文章,介紹了二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)系統(tǒng),同時(shí)說明工程應(yīng)用的可能性[83]。在單反饋閉環(huán)控制、雙反饋閉環(huán)控制及數(shù)字閉環(huán)控制等研究的基礎(chǔ)上,二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)系統(tǒng)在實(shí)際工程領(lǐng)域中逐漸得到了應(yīng)用。在德國漢堡國防工業(yè)大學(xué)靜壓傳動(dòng)和控制試驗(yàn)室研制開發(fā)的四輪驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)車上,進(jìn)行了類似于二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)的實(shí)物實(shí)驗(yàn)。1995年,德國力士樂公司為德累斯頓工業(yè)大學(xué)內(nèi)燃機(jī)和汽車研究所研制了非常接近于實(shí)際運(yùn)行狀況的一臺(tái)大功率二次調(diào)節(jié)反饋控制的實(shí)驗(yàn)臺(tái)[84]。1997年,美國學(xué)者John?Henry?Lumkes應(yīng)用二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)技術(shù),對(duì)某款福特汽車進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì),并對(duì)二次元件的排量采用Bang?Bang控制策略。德國的Z.Pawelski將二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用到城市公共汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中,經(jīng)運(yùn)行測試,節(jié)能效果非常顯著。這臺(tái)改進(jìn)設(shè)計(jì)的公共汽車,由一臺(tái)斜盤軸向柱塞式二次元件A4VSO250DS21進(jìn)行驅(qū)動(dòng)[85],如圖1?3所示。

圖1?3　二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)應(yīng)用于公共汽車的工作原理

1—油箱;2—發(fā)動(dòng)機(jī);3—恒壓變量泵;4—液壓蓄能器;5—二次元件;6—驅(qū)動(dòng)輪軸

該系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)、恒壓變量泵、液壓蓄能器、二次元件、驅(qū)動(dòng)輪軸等構(gòu)成。車輛滿載起動(dòng)時(shí),二次調(diào)節(jié)混合動(dòng)力系統(tǒng)可以輸出大約180kW的功率,能使公交汽車在20s內(nèi)加速到50km/h。而發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率卻只有30kW,其中150kW的差值是由液壓蓄能器提供的。日本也對(duì)二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)技術(shù)的理論及應(yīng)用進(jìn)行了廣泛深入的研究,研發(fā)了采用該技術(shù)的混合動(dòng)力公交汽車,幾家著名汽車制造公司生產(chǎn)了基于恒壓網(wǎng)絡(luò)的液壓混合動(dòng)力公交汽車,即采用二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)系統(tǒng)的混合動(dòng)力公交汽車,在東京等多個(gè)城市中運(yùn)營,經(jīng)測試混合動(dòng)力公交汽車的尾氣排放和燃油消耗均降低了20%以上。1998年,德國R.E.Parisi教授探討了將二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)技術(shù)應(yīng)用到石油開采工程中的可行性[86]。隨著研究的發(fā)展和深入,二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)技術(shù)在實(shí)際工程中應(yīng)用不斷擴(kuò)大。近幾年,美國Southwest?Research?Institute與Michigan大學(xué)、德國FEVEngine?Technology?Inc.、英國Ricard等著名研究機(jī)構(gòu)與高校也相繼對(duì)二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)技術(shù)的工程應(yīng)用開展了大量的研究。例如,美國國家環(huán)境保護(hù)署出資對(duì)福特汽車公司與伊頓公司共同研制液壓驅(qū)動(dòng)混合動(dòng)力汽車立項(xiàng)支持,2004年已有樣車參展[87]。2005年,美國國家環(huán)境保護(hù)署宣布與4家單位合作研制新一代全液壓驅(qū)動(dòng)混合動(dòng)力汽車,并將致力于混合動(dòng)力汽車產(chǎn)品市場轉(zhuǎn)化的目標(biāo)。

在液壓變壓器的應(yīng)用方面,日本Sophia大學(xué)對(duì)斜盤軸向柱塞式液壓變壓器在恒壓網(wǎng)絡(luò)下的工作效率進(jìn)行了卓有成效的研究,設(shè)計(jì)了斜盤軸向柱塞式液壓變壓器與活塞缸之間的多種連接組合,并仿真研究了每種連接方式下柱塞式液壓變壓器的效率,結(jié)果表明:通過合理設(shè)計(jì)液壓變壓器和液壓缸的連接方式,斜盤軸向柱塞式液壓變壓器的工作效率可達(dá)80%[88]。德國力士樂公司已將斜盤軸向柱塞式液壓變壓器應(yīng)用到注塑機(jī)和挖掘機(jī)上,系統(tǒng)工作效率和運(yùn)行性能都得到了改善[89]。

自1990年開始,國內(nèi)研究人員對(duì)二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)系統(tǒng)的工程應(yīng)用進(jìn)行了大量的探索和研究,并取得了一系列研究成果。原中國農(nóng)機(jī)研究所的閆雨良等設(shè)計(jì)了采用二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)技術(shù)的遙控裝載機(jī)[90]。上海煤炭機(jī)械研究所的蔣國平研究了采用A4V通軸泵作為二次元件進(jìn)行功率回收的液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái),并展示了在恒壓網(wǎng)絡(luò)中并聯(lián)多個(gè)相互獨(dú)立、互不影響的二次元件的優(yōu)點(diǎn)[2,91]。同濟(jì)大學(xué)的范基、蕭子淵等研制采用二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)[1,92],該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)所用的二次元件是由ZM75變量馬達(dá)改進(jìn)設(shè)計(jì)并研制成功的,除了用于回收二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)或直線運(yùn)動(dòng)的負(fù)載動(dòng)能外,而且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的加載。2000年以來,哈爾濱工業(yè)大學(xué)姜繼海、趙春濤等對(duì)二次調(diào)節(jié)技術(shù)在混合動(dòng)力公交客車傳動(dòng)系統(tǒng)上的應(yīng)用進(jìn)行了研究,混合動(dòng)力公交客車采用串聯(lián)式二次調(diào)節(jié)傳動(dòng)結(jié)構(gòu),提出了轉(zhuǎn)速控制、恒扭矩控制和恒功率控制的節(jié)能制動(dòng)模式,可實(shí)現(xiàn)車輛制動(dòng)動(dòng)能和坡道重力能的回收、轉(zhuǎn)換儲(chǔ)存和重新利用[93]。2003年,浙江大學(xué)顧臨怡等設(shè)計(jì)一種“定流網(wǎng)絡(luò)二次調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)”[94]。北京理工大學(xué)苑士華等研究了公交客車制動(dòng)能量的回收特性,根據(jù)車輛四工況循環(huán)圖的要求,進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算,結(jié)果顯示節(jié)油率達(dá)到了28%[95]。2005年,南京理工大學(xué)韓文等研制了基于二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)技術(shù)的新型電控液驅(qū)車實(shí)驗(yàn)裝置[96]。哈爾濱工業(yè)大學(xué)劉宇輝、姜繼海設(shè)計(jì)開發(fā)了基于流量耦聯(lián)二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)系統(tǒng)的液壓抽油機(jī)[97],液壓抽油機(jī)由兩個(gè)二次元件同軸剛性聯(lián)接,如圖1?4所示。2006年,哈爾濱工業(yè)

圖1?4　二次調(diào)節(jié)流量耦聯(lián)液壓抽油機(jī)原理

1—電機(jī);2,3—二次元件;4,6—溢流閥;5—液壓蓄能器;7—單向閥;8—液壓油缸;9,10—行程開關(guān);11—負(fù)載

大學(xué)劉曉春利用二次調(diào)節(jié)流量耦聯(lián)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行位能回收并將能量回饋電網(wǎng)的研究,取得了不錯(cuò)的效果[98]。哈爾濱工業(yè)大學(xué)孫輝、姜繼海研究了公交客車二次調(diào)節(jié)混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù),設(shè)計(jì)了新型的二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)車輛混合動(dòng)力系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)車輛慣性能和重力能的回收及重新利用,改善了車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性,降低了有害氣體的排放[99]。西華大學(xué)吳濤等對(duì)串聯(lián)型液壓混合動(dòng)力傳動(dòng)車輛的參數(shù)匹配與動(dòng)力性能進(jìn)行仿真研究,為關(guān)鍵液壓元件的選型提供了參考依據(jù)[100]。在液壓變壓器的應(yīng)用方面,浙江大學(xué)徐兵、楊華勇等對(duì)柱塞式液壓變壓器在液壓系統(tǒng)中的節(jié)能應(yīng)用進(jìn)行了深入研究[101]。福州大學(xué)林述溫設(shè)計(jì)了恒壓網(wǎng)絡(luò)種應(yīng)用液壓變壓器的挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的方案,結(jié)合具體的挖掘機(jī)工況分析了3種不同結(jié)構(gòu)的挖掘機(jī)液壓控制系統(tǒng)的能量消耗對(duì)比[102]。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的姜繼海等也對(duì)液壓變壓器在挖掘機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用及能量回收與重新利用進(jìn)行了系列研究[103?106]。

綜上所述,國內(nèi)外許多專家學(xué)者對(duì)二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)技術(shù)的理論及其應(yīng)用進(jìn)行了廣泛和深入的研究,并取得了顯著的成績。但到目前為止,對(duì)該技術(shù)的研究大都是基于壓力耦聯(lián)的恒壓網(wǎng)絡(luò)或準(zhǔn)恒壓網(wǎng)絡(luò)中展開的,對(duì)二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)系統(tǒng)在非恒壓網(wǎng)絡(luò)中的流量耦聯(lián)的研究才剛剛開始。