一種變量泵式液壓飛輪蓄能器系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及蓄能器系統，特別涉及一種變量泵式液壓飛輪蓄能器系統。
【背景技術】
[0002] 液壓系統中，傳統蓄能器能量密度較低，難以滿足大型系統的蓄能需求，且系統壓 力依賴于蓄能器的儲能狀態，影響系統的工作特性。
[0003] 已有的儲能裝置的穩壓方法（如中國實用新型申請，申請公布號！CN202593289U， 公布日：2012. 12. 12)是將飛輪作為儲能元件，另用一個液壓蓄能器來穩壓，形成定壓源。 這種方式雖然也能夠維持蓄能系統壓力的恒定，但系統的質量和體積較大，不利于零部件 的布置；此外，蓄能元件個數增多，系統控制困難。

【發明內容】

[0004] 本實用新型的目的是提供一種變量泵式液壓飛輪蓄能器系統。
[0005] 本實用新型的變量泵式液壓飛輪蓄能器系統包括液壓飛輪蓄能器、雙向變量泵/ 馬達、高速開關閥、溢流閥、油箱、傳感器以及控制器，適用于任何需要進行能量存儲的液壓 系統。針對該能量存儲系統存在的多種工作模式，本實用新型提出了一種使蓄能系統存儲 能量的同時維持系統壓力恒定的控制方法。該方法基于變量泵的工作特性，采用將臨界排 量與實時控制相結合的切換式穩壓控制方法，在保證系統轉速范圍的條件下，通過控制高 速開關閥的工作與否、離合器的通斷以及雙向變量泵/馬達的排量，實現蓄能系統的穩壓 控制。
[0006] 與現有技術相比本實用新型的有益效果是：
[0007] 1.殼體內油液由于離心力作用形成的拋物面形壓力分布，使液壓飛輪蓄能器存儲 的液壓能相對于同體積的傳統蓄能器增加；
[0008] 2.通過油液及殼體的轉動將液壓能轉換為大量動能存儲，能量存儲量比同條件下 傳統蓄能器的能量存儲量大大增加；
[0009] 3.同一元件的雙能量存儲方式，提高了儲能元件的能量密度，減小了儲能元件的 體積；
[0010] 4.由于兩種能量的相互作用關系，使液壓飛輪蓄能器系統壓力與蓄能系統的能量 存儲量解耦，維持系統壓力為設定的恒定值；
【附圖說明】
[0011] 圖1是本實用新型的結構組成與工作原理示意圖。
[0012] 圖2是本實用新型的蓄能器充能模式圖。
[0013] 圖3是本實用新型的轉速優先充能模式圖。
[0014] 圖4是本實用新型的壓力恒定充能模式圖。
[0015] 圖5是本實用新型的轉速穩態能量維持模式圖。
[0016] 圖6是本實用新型的轉速優先能量維持模式圖。
[0017] 圖7是本實用新型的壓力恒定能量維持模式圖。
[0018] 圖8是本實用新型的控制總流程圖。
[0019] 圖9是本實用新型充能時的模式選擇流程圖。
[0020] 圖10是本實用新型能量維持時的模式選擇流程圖。
[0021] 圖中：1.液壓系統，2.液壓系統總控制器3.液壓飛輪蓄能器系統，4.第一壓力傳 感器，5.流量傳感器，6.高速開關閥，7.液壓飛輪蓄能器系統控制器，8.溢流閥，9.油箱， 10.第二壓力傳感器，11.高速旋轉接頭，12.液壓飛輪蓄能器，13.轉速傳感器，14.離合器 信號放大電路，15.離合器，16.雙向變量泵/馬達，17.殼體，18.活塞。
【具體實施方式】
[0022] 請參閱圖1，為本實用新型的實施例，該實施例由液壓系統1和變量泵式液壓飛輪 蓄能器系統3組成。變量泵式液壓飛輪蓄能器系統3主要包括雙向變量泵/馬達16、離合 器15、液壓飛輪蓄能器12、高速旋轉接頭11、高速開關閥6、溢流閥8、油箱9、控制器以及傳 感器；所述的傳感器包括第一壓力傳感器4、第二壓力傳感器10、流量傳感器5以及轉速傳 感器13。
[0023] 所述雙向變量泵/馬達16的軸端與離合器15的一端連接，低壓端與油箱9液壓 連接，高壓端通過液壓管路與高速開關閥6和高速旋轉接頭11連接；所述離合器15的另一 端與液壓飛輪蓄能器12連接，液壓飛輪蓄能器12的另一端與高速旋轉接頭11連接；所述 溢流閥8的高壓端連接在高速旋轉接頭11與高速開關閥6之間液壓管路上，低壓端與油箱 9液壓連接；所述的高速開關閥6的一端與液壓系統1液壓連接，另一端連接在雙向變量泵 /馬達16與高速旋轉接頭11之間液壓管路上。
[0024] 所述第一壓力傳感器4和流量傳感器5依次安裝在液壓系統1與高速開關閥6之 間的液壓管路上，轉速傳感器13安裝在離合器15與液壓飛輪蓄能器12連接的軸上，第二 壓力傳感器10安裝在高速旋轉接頭11與溢流閥8相連的液壓管路上；
[0025] 所述的液壓飛輪蓄能器系統控制器7包括八個端口，五個輸入端口通過信號線自 左至右分別與轉速傳感器13、流量傳感器5、第一壓力傳感器4、液壓系統總控制器2 (控制 整個液壓系統的工作，包括協調動力裝置、儲能裝置及各工作裝置等的狀態）以及第二壓 力傳感器10連接，分別接收來自液壓飛輪蓄能器12的轉速信號、液壓系統1的流量信號和 壓力信號、液壓系統1的功率需求信號以及液壓飛輪蓄能器12的出口壓力信號；液壓飛輪 蓄能器系統控制器7的三個輸出端口通過信號線分別與高速開關閥6、雙向變量泵/馬達 16及離合器信號放大電路14連接，以發出相應的控制信號，控制高速開關閥的工作與否、 變量泵/馬達的排量以及離合器的通斷。
[0026] 所述的液壓系統總控制器2根據液壓系統1的需求，向液壓飛輪蓄能器系統控制 器7發出控制信號，控制液壓飛輪蓄能器系統3的狀態（充能、放能或能量維持）；所述第 一壓力傳感器4和流量傳感器5分別測出輸入液壓飛輪蓄能器系統3的壓力P s和流量q， 并將其轉化為電信號，經信號線傳輸給液壓飛輪蓄能器系統控制器7,由控制器7計算出輸 入液壓飛輪蓄能器系統3的功率（P w= P s*q)。
[0027] 所述液壓飛輪蓄能器12由殼體17和活塞18組成；活塞18左側為氣體腔，預充有 氮氣或其它惰性氣體；活塞18右側為液體腔，通過高速旋轉接頭11與液壓油路連通。
[0028] 本實用新型的工作過程和原理如下：
[0029] 根據液壓系統1的需求，本液壓飛輪蓄能器系統3的狀態分為三種：充能、放能以 及能量維持。充能與放能都有三種模式：液壓蓄能器模式（雙向變量泵/馬達的排量D = 〇)、轉速優先模式（D = Dmax)以及壓力恒定模式（PID控制）；能量維持時也有三種模式：轉 速穩態能量維持模式（D = 0)、轉速優先能量維持模式（D = Dmax)、壓力恒定能量維持模式 (PID控制）。由于本實用新型的目的是在保證液壓飛輪蓄能器轉速范圍（《 min< ω < ω_， ω為液壓飛輪蓄能器的轉速）的條件下使液壓飛輪蓄能器系統壓力Ps維持相對恒定（此 處的相對恒定是指使？ 3的波動范圍很小，即P- σ < P P+ σ，〇是很小的值，P為事先 設定的要維持的目標壓力，令P1=P-O，Ρ2=Ρ+σ 僅在PjPP2間波動）。由于放能 時的三種模式的工作過程和原理與充能時的相似，本實用新型僅以充能為例，分別說明充 能時以及能量維持時的六種模式的工作過程和原理，并將這六種模式（液壓蓄能器充能模 式、轉速優先充能模式、壓力恒定充能模式、轉速穩態能量維持模式、轉速優先能量維持模 式、壓力恒定能量維持模式）分別記為模式1、模式2、模式3、模式4、模式5、模式6。
[0030] 1)模式1 :蓄能器充能模式（D = 0)
[0031] 該模式下，高速開關閥6工作，離合器15斷開，雙向變量泵/馬達16的排量為零。 油液由液壓系統經高速開關閥6進入液壓飛輪蓄能器12的液體腔，推動活塞18壓縮氣體 腔內的氣體，系統只充液壓能，如圖2所示。由于液壓飛輪蓄能器的轉動慣量增大及受到空 氣阻力、軸承阻力等，液壓飛輪蓄能器的轉速ω會不斷地減小；且該模式下系統壓力匕滿 足
[0033] Pctog為液壓飛輪蓄能器12的氣體預充壓力，1為液壓飛輪蓄能器12的總長度，I g 為氣體腔的氣體長度。由于該模式下Ig是不斷減小，而P。_8與1為常量，因此該模式下，液 壓飛輪蓄能器系統壓力P s不斷增大。
[0034] 2)模式2 :轉速優先充能模式（D = DmJ
[0035] 該模式下，高速開關閥6工作，離合器15接通，雙向變量泵/馬達16作為馬達工 作，排量取其最大值D max。來自液壓系統的油液分為兩條支路，一條經雙向變量泵/馬達16 使其軸端輸出轉矩，再通過離合器15驅動液壓飛輪蓄能器