一种变量泵式液压飞轮蓄能器系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及蓄能器系统，特别涉及一种变量泵式液压飞轮蓄能器系统。
【背景技术】
[0002] 液压系统中，传统蓄能器能量密度较低，难以满足大型系统的蓄能需求，且系统压 力依赖于蓄能器的储能状态，影响系统的工作特性。
[0003] 已有的储能装置的稳压方法（如中国实用新型申请，申请公布号！CN202593289U， 公布日：2012. 12. 12)是将飞轮作为储能元件，另用一个液压蓄能器来稳压，形成定压源。 这种方式虽然也能够维持蓄能系统压力的恒定，但系统的质量和体积较大，不利于零部件 的布置；此外，蓄能元件个数增多，系统控制困难。
【发明内容】
[0004] 本实用新型的目的是提供一种变量泵式液压飞轮蓄能器系统。
[0005] 本实用新型的变量泵式液压飞轮蓄能器系统包括液压飞轮蓄能器、双向变量泵/ 马达、高速开关阀、溢流阀、油箱、传感器以及控制器，适用于任何需要进行能量存储的液压 系统。针对该能量存储系统存在的多种工作模式，本实用新型提出了一种使蓄能系统存储 能量的同时维持系统压力恒定的控制方法。该方法基于变量泵的工作特性，采用将临界排 量与实时控制相结合的切换式稳压控制方法，在保证系统转速范围的条件下，通过控制高 速开关阀的工作与否、离合器的通断以及双向变量泵/马达的排量，实现蓄能系统的稳压 控制。
[0006] 与现有技术相比本实用新型的有益效果是：
[0007] 1.壳体内油液由于离心力作用形成的抛物面形压力分布，使液压飞轮蓄能器存储 的液压能相对于同体积的传统蓄能器增加；
[0008] 2.通过油液及壳体的转动将液压能转换为大量动能存储，能量存储量比同条件下 传统蓄能器的能量存储量大大增加；
[0009] 3.同一元件的双能量存储方式，提高了储能元件的能量密度，减小了储能元件的 体积；
[0010] 4.由于两种能量的相互作用关系，使液压飞轮蓄能器系统压力与蓄能系统的能量 存储量解耦，维持系统压力为设定的恒定值；
【附图说明】
[0011] 图1是本实用新型的结构组成与工作原理示意图。
[0012] 图2是本实用新型的蓄能器充能模式图。
[0013] 图3是本实用新型的转速优先充能模式图。
[0014] 图4是本实用新型的压力恒定充能模式图。
[0015] 图5是本实用新型的转速稳态能量维持模式图。
[0016] 图6是本实用新型的转速优先能量维持模式图。
[0017] 图7是本实用新型的压力恒定能量维持模式图。
[0018] 图8是本实用新型的控制总流程图。
[0019] 图9是本实用新型充能时的模式选择流程图。
[0020] 图10是本实用新型能量维持时的模式选择流程图。
[0021] 图中：1.液压系统，2.液压系统总控制器3.液压飞轮蓄能器系统，4.第一压力传 感器，5.流量传感器，6.高速开关阀，7.液压飞轮蓄能器系统控制器，8.溢流阀，9.油箱， 10.第二压力传感器，11.高速旋转接头，12.液压飞轮蓄能器，13.转速传感器，14.离合器 信号放大电路，15.离合器，16.双向变量泵/马达，17.壳体，18.活塞。
【具体实施方式】
[0022] 请参阅图1，为本实用新型的实施例，该实施例由液压系统1和变量泵式液压飞轮 蓄能器系统3组成。变量泵式液压飞轮蓄能器系统3主要包括双向变量泵/马达16、离合 器15、液压飞轮蓄能器12、高速旋转接头11、高速开关阀6、溢流阀8、油箱9、控制器以及传 感器；所述的传感器包括第一压力传感器4、第二压力传感器10、流量传感器5以及转速传 感器13。
[0023] 所述双向变量泵/马达16的轴端与离合器15的一端连接，低压端与油箱9液压 连接，高压端通过液压管路与高速开关阀6和高速旋转接头11连接；所述离合器15的另一 端与液压飞轮蓄能器12连接，液压飞轮蓄能器12的另一端与高速旋转接头11连接；所述 溢流阀8的高压端连接在高速旋转接头11与高速开关阀6之间液压管路上，低压端与油箱 9液压连接；所述的高速开关阀6的一端与液压系统1液压连接，另一端连接在双向变量泵 /马达16与高速旋转接头11之间液压管路上。
[0024] 所述第一压力传感器4和流量传感器5依次安装在液压系统1与高速开关阀6之 间的液压管路上，转速传感器13安装在离合器15与液压飞轮蓄能器12连接的轴上，第二 压力传感器10安装在高速旋转接头11与溢流阀8相连的液压管路上；
[0025] 所述的液压飞轮蓄能器系统控制器7包括八个端口，五个输入端口通过信号线自 左至右分别与转速传感器13、流量传感器5、第一压力传感器4、液压系统总控制器2 (控制 整个液压系统的工作，包括协调动力装置、储能装置及各工作装置等的状态）以及第二压 力传感器10连接，分别接收来自液压飞轮蓄能器12的转速信号、液压系统1的流量信号和 压力信号、液压系统1的功率需求信号以及液压飞轮蓄能器12的出口压力信号；液压飞轮 蓄能器系统控制器7的三个输出端口通过信号线分别与高速开关阀6、双向变量泵/马达 16及离合器信号放大电路14连接，以发出相应的控制信号，控制高速开关阀的工作与否、 变量泵/马达的排量以及离合器的通断。
[0026] 所述的液压系统总控制器2根据液压系统1的需求，向液压飞轮蓄能器系统控制 器7发出控制信号，控制液压飞轮蓄能器系统3的状态（充能、放能或能量维持）；所述第 一压力传感器4和流量传感器5分别测出输入液压飞轮蓄能器系统3的压力P s和流量q， 并将其转化为电信号，经信号线传输给液压飞轮蓄能器系统控制器7,由控制器7计算出输 入液压飞轮蓄能器系统3的功率（P w= P s*q)。
[0027] 所述液压飞轮蓄能器12由壳体17和活塞18组成；活塞18左侧为气体腔，预充有 氮气或其它惰性气体；活塞18右侧为液体腔，通过高速旋转接头11与液压油路连通。
[0028] 本实用新型的工作过程和原理如下：
[0029] 根据液压系统1的需求，本液压飞轮蓄能器系统3的状态分为三种：充能、放能以 及能量维持。充能与放能都有三种模式：液压蓄能器模式（双向变量泵/马达的排量D = 〇)、转速优先模式（D = Dmax)以及压力恒定模式（PID控制）；能量维持时也有三种模式：转 速稳态能量维持模式（D = 0)、转速优先能量维持模式（D = Dmax)、压力恒定能量维持模式 (PID控制）。由于本实用新型的目的是在保证液压飞轮蓄能器转速范围（《 min< ω < ω_， ω为液压飞轮蓄能器的转速）的条件下使液压飞轮蓄能器系统压力Ps维持相对恒定（此 处的相对恒定是指使？ 3的波动范围很小，即P- σ < P P+ σ，〇是很小的值，P为事先 设定的要维持的目标压力，令P1=P-O，Ρ2=Ρ+σ 仅在PjPP2间波动）。由于放能 时的三种模式的工作过程和原理与充能时的相似，本实用新型仅以充能为例，分别说明充 能时以及能量维持时的六种模式的工作过程和原理，并将这六种模式（液压蓄能器充能模 式、转速优先充能模式、压力恒定充能模式、转速稳态能量维持模式、转速优先能量维持模 式、压力恒定能量维持模式）分别记为模式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] 该模式下，高速开关阀6工作，离合器15断开，双向变量泵/马达16的排量为零。 油液由液压系统经高速开关阀6进入液压飞轮蓄能器12的液体腔，推动活塞18压缩气体 腔内的气体，系统只充液压能，如图2所示。由于液压飞轮蓄能器的转动惯量增大及受到空 气阻力、轴承阻力等，液压飞轮蓄能器的转速ω会不断地减小；且该模式下系统压力匕满 足
[0033] Pctog为液压飞轮蓄能器12的气体预充压力，1为液压飞轮蓄能器12的总长度，I g 为气体腔的气体长度。由于该模式下Ig是不断减小，而P。_8与1为常量，因此该模式下，液 压飞轮蓄能器系统压力P s不断增大。
[0034] 2)模式2 :转速优先充能模式（D = DmJ
[0035] 该模式下，高速开关阀6工作，离合器15接通，双向变量泵/马达16作为马达工 作，排量取其最大值D max。来自液压系统的油液分为两条支路，一条经双向变量泵/马达16 使其轴端输出转矩，再通过离合器15驱动液压飞轮蓄能器