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行車式液壓發電系統.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510481116.6

申請日:

2015.08.07

公開號:

CN105156625A

公開日:

2015.12.16

當前法律狀態:

實審

有效性:

審中

法律詳情: 實質審查的生效IPC(主分類):F16H 39/02申請日:20150807|||公開
IPC分類號: F16H39/02 主分類號: F16H39/02
申請人: 燕山大學
發明人: 艾超; 董彥武; 孔祥東; 閆桂山
地址: 066004河北省秦皇島市海港區河北大街西段438號
優先權:
專利代理機構: 石家莊一誠知識產權事務所13116 代理人: 崔鳳英
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510481116.6

授權公告號:

|||

法律狀態公告日:

2016.01.13|||2015.12.16

法律狀態類型:

實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及行車發電技術領域,具體公開了一種行車式液壓發電系統,包括動力源、定量泵、變量馬達、二次元件、蓄能器、發電機、油箱、壓力傳感器、第一轉速傳感器、第二轉速傳感器、取力器、第一轉速控制器、第二轉速控制器和流量傳感器,動力源與定量泵通過取力器相連,定量泵從油箱吸油并向變量馬達輸出高壓油,二次元件的兩個出口分別與蓄能器和油箱相連,二次元件的兩個軸端分別與變量馬達和發電機相連,發電機將電能提供給用電設備,第一轉速控制器與變量馬達相連,第二轉速控制器與二次元件相連。本發明通過雙重高精度控制器的共同作用,在液壓動力傳動系統輸入端功率不穩定的情況下,仍可保證發電機穩定的轉速輸出和高質量的電能輸出。

權利要求書

權利要求書
1.  一種行車式液壓發電系統,其特征在于,包括:動力源、定量泵、變量馬達、二次元件、蓄能器、發電機、油箱、壓力傳感器、第一轉速傳感器、第二轉速傳感器、取力器、第一轉速控制器、第二轉速控制器和流量傳感器;
所述動力源與所述定量泵通過所述取力器相連,所述定量泵從所述油箱吸油并向所述變量馬達輸出高壓油,所述變量馬達的排油口與所述油箱相連,所述二次元件的兩個出口分別與所述蓄能器和油箱相連,所述二次元件的兩個軸端分別與所述變量馬達和發電機相連,所述發電機將電能提供給用電設備,所述第一轉速傳感器設在所述取力器與所述定量泵之間,所述第二轉速傳感器設在所述二次元件與所述發電機之間,所述壓力傳感器和流量傳感器設在所述定量泵與所述變量馬達之間,所述第一轉速控制器與所述變量馬達相連,所述第二轉速控制器與所述二次元件相連;
所述第一轉速控制器用于控制所述變量馬達的斜盤擺角,其能夠根據所述壓力傳感器、流量傳感器、第一轉速傳感器和第二轉速傳感器反饋的系統壓力、流量和轉速信號,對所述變量馬達的斜盤擺角做出相應調整,以調節油路的壓力和流量,從而維持所述發電機轉速的穩定輸出;所述第二轉速控制器用于控制所述二次元件的斜盤擺角,其能夠根據所述壓力傳感器、流量傳感器、第一轉速傳感器和第二轉速傳感器反饋的系統壓力、流量和轉速信號,對所述二次元件的斜盤擺角做相應的調整,以決定所述二次元件是在泵工況下工作還是在馬達工況下工作,從而維持所述發電機轉速的穩定輸出。

2.  根據權利要求1所述的行車式液壓發電系統,其特征在于,還包括:第一安全溢流閥;
所述第一安全溢流閥的進油口與所述定量泵的出油口相連,所述第一安全溢流閥的出油口與所述油箱相連。

3.  根據權利要求2所述的行車式液壓發電系統,其特征在于,還包括:第二安全溢流閥;
所述第二安全溢流閥的進油口與所述蓄能器相連,所述第二安全溢流閥的出油口與所述油箱相連。

說明書

說明書行車式液壓發電系統
技術領域
本發明涉及行車發電技術領域,尤其涉及一種行車式液壓發電系統。
背景技術
隨著科學技術的飛速發展,工業生產、工程機械及軍事化裝備等領域對移動式供電設備的需求日漸增加。尤其對移動供電設備所提供電能質量的要求也越來越高,對于提高移動設備的供電電能質量的要求方面,以精密化、精確化武器為主的軍用設備的需要顯得尤為突出,例如軍用雷達、通訊設備、電子對抗設備以及高精密電子儀器儀表等因其自身的高精密性、快速性特點,對移動用電設備的電能質量要求也越來越苛刻。此外,軍用設備必須適應軍隊作戰時的相對特殊要求,比如作戰靈活性、作戰環境的不確定性等都要求移動供電設備必須具備很好的可移動性和很強的環境適應性。
目前,移動供電設備在駐車式發電機的研究和工程推廣方面,已經取得了很大的進展。就現有的駐車發電設備來說,無論從供電設備所能提供電能的質量,還是從發電機的工作穩定性來說,都已經達到了工程領域的使用要求,很多進一步改進的駐車式發電機所能提供的電能質量也已經達到了軍用裝備所需的嚴格標準。所以,已研發出的駐車式移動供電設備現已經在工程機械和軍事領域得到了廣泛的應用。
但是,就軍事領域來講,現有的駐車式發電機已經滿足不了現代化軍隊對武器裝備高機動性、高靈活性的基本要求,所以,跟駐車式發電機相比在機動性方面更加占優勢行車式發電機日益受到軍隊的重視和青睞。行車式發電機可以實現的最基本功能便是能在行車工況下可以為車載用電設備提供可靠的電能供應。不過行車式發電機的研發及工程推廣仍存在很多不可避免的難度,相比于駐車式發電機,行車式發電機的輸入功率具有更加不確定性和不穩定的特點,動力傳送過程中受到干擾的可能性和程度也更大,這就要求動力源與發電機之間的傳動設備具有保證自身功率輸出穩定的能力,而由動力源直接驅動發電機 必然會產生由于路況時變帶來的電能幅值與頻率的波動,不能滿足用電設備的電能質量的要求。
采用液壓系統作為動力源與發電機之間的主傳動系統,將動力源與發電機之間的剛性連接轉化為柔性連接,在路況顛簸變化時,液壓傳動系統有良好的阻尼緩沖作用,可在變轉速輸入的情況下實現發電機的恒轉速驅動,穩定電能質量,滿足用電設備的電力需求。但是,現有技術中的液壓傳動設備還不夠完善,發電機的電能質量較差,發電機工作中的可靠性和穩定性也均相對不足,無法滿足當今社會對行車式發電機的高要求。
發明內容
(一)要解決的技術問題
本發明的目的是提供一種行車式液壓發電系統,以克服現有技術中動力源與發電機之間采用的液壓傳動系統不夠完善,發電機的電能質量較差,發電機工作中的可靠性和穩定性也均相對不足等問題。
(二)技術方案
為了解決上述技術問題,本發明提供了一種行車式液壓發電系統,包括:動力源、定量泵、變量馬達、二次元件、蓄能器、發電機、油箱、壓力傳感器、第一轉速傳感器、第二轉速傳感器、取力器、第一轉速控制器、第二轉速控制器和流量傳感器;
所述動力源與所述定量泵通過所述取力器相連,所述定量泵從所述油箱吸油并向所述變量馬達輸出高壓油,所述變量馬達的排油口與所述油箱相連,所述二次元件的兩個出口分別與所述蓄能器和油箱相連,所述二次元件的兩個軸端分別與所述變量馬達和發電機相連,所述發電機將電能提供給用電設備,所述第一轉速傳感器設在所述取力器與所述定量泵之間,所述第二轉速傳感器設在所述二次元件與所述發電機之間,所述壓力傳感器和流量傳感器設在所述定量泵與所述變量馬達之間,所述第一轉速控制器與所述變量馬達相連,所述第二轉速控制器與所述二次元件相連;
所述第一轉速控制器用于控制所述變量馬達的斜盤擺角,其能夠根據所述壓力傳感器、流量傳感器、第一轉速傳感器和第二轉速傳感器反饋的系統壓力、 流量和轉速信號,對所述變量馬達的斜盤擺角做出相應調整,以調節油路的壓力和流量,從而維持所述發電機轉速的穩定輸出;所述第二轉速控制器用于控制所述二次元件的斜盤擺角,其能夠根據所述壓力傳感器、流量傳感器、第一轉速傳感器和第二轉速傳感器反饋的系統壓力、流量和轉速信號,對所述二次元件的斜盤擺角做相應的調整,以決定所述二次元件是在泵工況下工作還是在馬達工況下工作,從而維持所述發電機轉速的穩定輸出。
優選地,還包括:第一安全溢流閥;
所述第一安全溢流閥的進油口與所述定量泵的出油口相連,所述第一安全溢流閥的出油口與所述油箱相連。
優選地,還包括:第二安全溢流閥;
所述第二安全溢流閥的進油口與所述蓄能器相連,所述第二安全溢流閥的出油口與所述油箱相連。
(三)有益效果
本發明的行車式液壓發電系統克服了現有技術中動力源與發電機之間采用的液壓傳動系統不夠完善,發電機的電能質量較差,發電機工作中的可靠性和穩定性也均相對不足等問題。這種行車式液壓發電系統的液壓動力傳動系統分別設計了以變量馬達擺角為控制對象的第一轉速控制器和以二次元件擺角為控制對象的第二轉速控制器,通過雙重高精度控制器的共同作用,來確保液壓動力傳動系統輸入端功率不穩定的情況下,仍可保證穩定的轉速輸出,確保發電機穩定的高電能質量的輸出;這種行車式液壓發系統還具有柔性控制和節能的優點,液壓動力傳動系統中第二轉速控制器采用二次元件與蓄能器配合使用,第二轉速控制器利用二次元件的高靈活性和蓄能器的儲能優勢,達到了液壓動力傳動系統的柔性控制和節約能量的目的。
附圖說明
圖1為本發明實施例的行車式液壓發電系統的液壓原理圖;
圖2為本發明實施例的行車式液壓發電系統的控制原理圖。
圖中,1:動力源;2:定量泵;3:變量馬達;4:二次元件;5:蓄能器;6:發電機;7:用電設備;8:第一安全溢流閥;9:第二安全溢流閥;10:油 箱;11:壓力傳感器;121:第一轉速傳感器;122:第二轉速傳感器;13:取力器;14:第一轉速控制器;15:第二轉速控制器;16:流量傳感器。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明的實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發明,但不能用來限制本發明的范圍。
在本發明的描述中,需要說明的是,除非另有明確的規定和限定,術語“相連”、“連接”應做廣義理解,例如,可以是固定連接,也可以是可拆卸連接,或一體地連接;可以是機械連接,也可以是電連接;可以是直接相連,也可以通過中間媒介間接相連,可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言,可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。此外,術語“第一”、“第二”僅用于描述目的,而不能理解為指示或暗示相對重要性。
如圖1所示,本實施例的行車式液壓發電系統包括:動力源1、定量泵2、變量馬達3、二次元件4、蓄能器5、發電機6、第一安全溢流閥8、第二安全溢流閥9、油箱10、壓力傳感器11、第一轉速傳感器121、第二轉速傳感器122、取力器13、第一轉速控制器14、第二轉速控制器15和流量傳感器16。圖中還包括:用電設備7。
動力源1與定量泵2通過取力器13相連,動力源1通過取力器13將動力傳輸給液壓動力傳動系統,進而帶動定量泵2轉動,定量泵2從油箱10吸油并向變量馬達3輸送高壓油,定量泵2與變量馬達3組成行車式液壓發電系統的液壓動力傳動系統的主回路,變量馬達3的排油口與油箱10相連,高壓油經由高壓管道,驅動變量馬達3旋轉,之后再經由變量馬達3流回油箱10,二次元件4的兩個出口分別與蓄能器5和油箱10相連,二次元件4的兩個軸端分別與變量馬達3和發電機6相連,發電機6將電能提供給用電設備7,第一轉速傳感器121設在取力器13與定量泵2之間,第二轉速傳感器122設在二次元件4與發電機6之間,壓力傳感器11和流量傳感器16設在定量泵2與變量馬達3之間,第一轉速控制器14與變量馬達3相連,第二轉速控制器15與二次元件4相連,第一安全溢流,8的進油口與定量泵2的出油口相連,第一安全溢流閥8的出油口與油箱10相連,第二安全溢流閥9的進油口與蓄能器5相連,第二安全溢流閥9的出油口與油箱10相連。
第一轉速控制器14用于控制變量馬達3的斜盤擺角,其能夠根據壓力傳感器11、流量傳感器16、第一轉速傳感器121和第二轉速傳感器122反饋的系統壓力、流量和轉速信號,對變量馬達3的斜盤擺角做出相應調整,以調節油路的壓力和流量,從而維持發電機6轉速的穩定輸出;第二轉速控制器15用于控制二次元件4的斜盤擺角,其能夠根據壓力傳感器11、流量傳感器16、第一轉速傳感器121和第二轉速傳感器122反饋的系統壓力、流量和轉速信號,對二次元件4的斜盤擺角做相應的調整,以決定二次元件4是在泵工況下工作還是在馬達工況下工作,從而維持發電機6轉速的穩定輸出。
如圖2所示,本實施例的行車式液壓發電系統的工作原理為:動力源1通過取力器13為液壓動力傳動系統輸送動力,液壓動力傳動系統通過控制器的調節作用,將不穩定的動力輸入轉化為轉速穩定的動力輸出,液壓動力傳動系統將穩定的輸出轉速提供給發電機,發電機將高質量的電能持續穩定的提供給車載用電設備,控制器根據傳感器采集的動力源轉速、發電機轉速、液壓動力傳動系統的流量值和壓力值,對液壓動力傳動系統中的變量馬達和二次元件進行相關調整,以達到液壓動力傳動系統穩定轉速輸出的要求。
本實施例的行車式液壓發電系統的具體工作過程如下:車輛在行駛過程中,動力源1通過取力器13將動力傳輸給液壓動力傳動系統,進而帶動定量泵2轉動;定量泵2從車載油箱10吸油,并向傳動系統輸送高壓油;高壓油經由高壓管道,驅動變量馬達3旋轉,之后再經由變量馬達3流回油箱10;變量馬達3驅動與之同軸的發電機6一起轉動;發電機6將電能提供給車載的用電設備7。整個行車式液壓發電系統中有兩個以液壓動力傳動系統穩速輸出為目標的發電機轉速控制器,一個是以調整變量馬達3斜盤擺角為手段的第一轉速控制器,另一個是以調整二次元件4斜盤擺角和蓄能器5壓力設定值為手段的第二轉速控制器。
針對車輛在行駛時,受行車車況、發動機運行狀況等因素的影響,定量泵2轉速、變量馬達3轉速和發電機6轉速不穩定的問題,本液壓動力傳動系統提出了兩個基于發電機穩定轉速輸出為目的的第一轉速控制器和第二轉速控制器。
第一轉速控制器14以變量馬達3的斜盤擺角為控制對象,控制器根據系統內的壓力傳感器11、流量傳感器16、第一轉速傳感器121和第二轉速傳感器122反 饋的系統壓力、流量和轉速信號,對變量馬達3斜盤擺角做出相應調整,進而調節液壓動力傳動系統主油路的壓力和流量,維持發電機6轉速的穩定輸出。液壓動力傳動系統在工作時,依據用電設備7所需電能的頻率、電壓等要求確定液壓系統變量馬達3的額定轉速,并據此設置變量馬達3的初始工作轉速。第一轉速控制器14根據動力源1提供動力的大小適時適量地對變量馬達3斜盤擺角進行調整。當動力源1為液壓動力傳動系統提供的驅動力大于定量泵2工作于額定轉速下所需驅動力時,定量泵2與變量馬達3之間高壓油管中的油液壓力會高于額定壓力,發電機6轉速會升高;變量馬達3斜盤擺角控制器根據系統的壓力反饋值做出適當增大變量馬達3斜盤擺角的調整信號,隨著變量馬達3斜盤擺角的增大,變量馬達3排量增大,系統高壓油路壓力下降,發電機6轉速隨之下降;當發電機6轉速接近與額定轉速時,變量馬達3的斜盤擺角控制器根據發電機6轉速的反饋值做出微小調整,直至發電機6轉速穩定維持在額定轉速。當動力源1為液壓系統提供的驅動力小于定量泵2工作與額定轉速下所需驅動力時,定量泵2與變量馬達3之間高壓管路中的油液壓力會低于額定壓力,發電機6轉速下降;變量馬達3斜盤擺角控制器根據系統的壓力反饋值做出適當減小變量馬達3斜盤擺角的調整信號,隨著變量馬達3斜盤擺角的減小,變量馬達3排量變小,系統高壓油路壓力上升,發電機6轉速上升;當發電機6轉速接近與額定轉速時,變量馬達3的斜盤擺角控制器通過系統發電機6轉速的反饋值做出微調信號直至發電機6轉速穩定維持在額定轉速。
第二轉速控制器15以二次元件4的斜盤擺角為控制對象,控制器根據系統內壓力傳感器11、流量傳感器16、第一轉速傳感器121和第二轉速傳感器122反饋的系統壓力、流量和轉速信號,對二次元件4斜盤擺角做相應的調整。擺角的正負和大小決定了二次元件4是在泵工況下工作還是在馬達工況下工作,通過調節二次元件4斜盤擺角的大小來維持發電機6轉速的穩定輸出。二次元件4與蓄能器5組成液壓動力傳動系統中重要的轉速控制環節,該第二轉速控制器15有兩種工作模式:第一種情況是當動力源1為液壓動力傳動系統提供的動力高于用電設備7的額定需求時,二次元件4在泵工況下工作,二次元件4從油箱10吸油并輸出高壓油,高壓油經由高壓管路使蓄能器5開始存儲能量,當高壓油壓力達到第二安 全溢流閥9設定壓力時,高壓油通過第二安全溢流閥9溢流回油箱10,即蓄能器5通過二次元件4回收系統多余的能量,在保證液壓系統穩定轉速輸出的同時回收系統多余的能量,換言之,在保證發電機6為用電設備7持續提供穩定的高質量電能的同時為整個系統節約能量;第二種情況是當動力源1為液壓動力傳動系統提供的動力低于用電設備7的額定需求時,二次元件4工作于馬達工況,高壓油從蓄能器5通過高壓管道經由二次元件4回油箱10,即蓄能器5通過二次元件4將存儲的能量釋放給液壓動力傳動系統,以保證液壓動力傳動系統穩定的轉速輸出,確保發電機6可以持續地為用電設備7提供穩定的高質量電能。
本發明的行車式液壓發電系統克服了現有技術中動力源與發電機之間采用的液壓傳動系統不夠完善,發電機的電能質量較差,發電機工作中的可靠性和穩定性也均相對不足等問題。這種行車式液壓發電系統的液壓動力傳動系統分別設計了以變量馬達擺角為控制對象的第一轉速控制器和以二次元件擺角為控制對象的第二轉速控制器,通過雙重高精度控制器的共同作用,來確保液壓動力傳動系統輸入端功率不穩定的情況下,仍可保證穩定的轉速輸出,確保發電機穩定的高電能質量的輸出;這種行車式液壓發系統還具有柔性控制和節能的優點,液壓動力傳動系統中第二轉速控制器采用二次元件與蓄能器配合使用,第二轉速控制器利用二次元件的高靈活性和蓄能器的儲能優勢,達到了液壓動力傳動系統的柔性控制和節約能量的目的。
本發明的實施例是為了示例和描述起見而給出的,而并不是無遺漏的或者將本發明限于所公開的形式。很多修改和變化對于本領域的普通技術人員而言是顯而易見的。選擇和描述實施例是為了更好說明本發明的原理和實際應用,并且使本領域的普通技術人員能夠理解本發明從而設計適于特定用途的帶有各種修改的各種實施例。

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行車 液壓 發電 系統
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