液压变压器是在液压系统中用来实现压力改变的液压元件,是随着恒压网络二次调节技术的发展而产生的。作为一种能同时控制压力和流量变化的能量控制元件,液压变压器具有如下特征:①它能将液压系统压力按负载需要无节流损失地调整为任一值;②变压过程是双向的,可以向负载输出能量,也可以从负载向蓄能器回收能量;③作为压力放大器使用,产生较油源压力高得多的输出压力;④体积小、重量轻、动态响应快,调节力矩小。
液压变压器类似于机械传动系统中的减速器、电力传输系统中的电力变压器,在工作过程中遵循能量守恒原理,根据负载需要,将油源压力放大或缩小。
液压变压器不是一个新概念,日常生活中使用的液压千斤顶就是一个很好的液压变压实例,通过调整两端液压缸活塞腔的面积比,实现“四两拨千斤”。
1965年,美国的研究者提出了一种可变压力比的液压变压器,实际上作为液压放大器来使用,通过调节输出流量来改变输出压力。该放大器有三个槽口,分别接油源、负载和低压口,通过第三个口——低压口,释放掉一部分流量,从而达到减少输出口流量而增加压力的目的。低压口流量的释放通过一个节流阀来实现。该液压变压器在圆周方向上有两组不同半径的柱塞,每组9个,共18个柱塞,因此结构复杂,制造困难;同时该液压变压器为单向变压,泄漏和能量损失都很大。
1971年,HK.Herbert对单向液压变压器进行了改进,发明了一种双向液压变压器。该液压变压器实际上还是通过调节输出口流量来达到变压的目的。这种变压器由两个独立的轴向柱塞泵和变量液压马达构成,液压泵和液压马达的转子形成机械连接,以便二者能够一起旋转。根据系统的运行情况,通过调节变量马达的排量,使这两个液压泵/液压马达分别变换角色来充当“液压泵”功能或“液压马达”功能使用,进行双向变压。(www.daowen.com)
20世纪80年代以后,液压变压器在结构形式上并没有大的改进,原理上仍为轴向柱塞泵与变量马达通过一个轴机械地连接在一起,只是结构紧凑些,习惯上将其称为传统液压变压器,以德国力士乐(Rexroth)公司的液压变压器为代表。
1997年,荷兰Innas和Noax公司联合提出了一种新型液压变压器设计概念,称作Innas液压变压器。与传统型液压变压器相比,该变压器巧妙地将液压马达功能、液压泵功能集于一身,组成一个单独的压力调节元件,通过改变配流盘的旋转角度,可以控制油源和负载间的流量比,进而调节输出压力的大小。Innas在特种车辆和挖掘机上采用了恒压液压网络系统和模块化设计,只需要两个压力等级的油路和一个补油泵,每个负载通过液压变压器直接接入液压系统中,而不再需要较多的控制阀,因此电液系统得到很大的简化。液压变压器为液压系统注入新的活力,带来系统效率的提高和结构的显著改善。
新型液压变压器是相对于传统液压变压器而言的。传统液压变压器是将液压泵和液压马达通过联轴器机械连接组成的;新型液压变压器是巧妙地将液压泵和液压马达功能集成于一体而构成的。新型液压变压器具有结构简单、体积小、效率高、惯性小,动态响应快等特点,应用前景十分广阔。因此,国内外众多的研究机构开展了新型液压变压器的研究,但是在实践中尚未得到大规模的应用。目前在欧洲,某些大型矿山车和一些装甲车辆的电液系统中有所应用。
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