第四講 動力系統(tǒng)設(shè)計(機電液一體化)

1、機電液一體化技術(shù)及應用（機電液系統(tǒng)裝備設(shè)計） 第第 四四 講講 動動 力力 系系 統(tǒng)統(tǒng) 設(shè)設(shè) 計計2021-7-6教教 師：張延軍師：張延軍E-mail:2021-7-6主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容常用動力元件的類型及特性常用動力元件的類型及特性能量存儲與釋放機制能量存儲與釋放機制動力系統(tǒng)方案的確定動力系統(tǒng)方案的確定動力系統(tǒng)匹配性動力系統(tǒng)匹配性動力系統(tǒng)設(shè)計方法及設(shè)計實例動力系統(tǒng)設(shè)計方法及設(shè)計實例2021-7-64.1 常用動力元件的類型及特性l 動力元件（執(zhí)行元件）（執(zhí)行元件）是處于機電一體化系統(tǒng)的機械運行機構(gòu)與微電子控制裝置的接點（聯(lián)接）部位的能量轉(zhuǎn)換元件。l 它能在微電子裝置的控制下，將輸入的各

2、種形式的能量轉(zhuǎn)換為機械能，例如電動機、電磁鐵、繼電器、液動機、油（氣缸）、內(nèi)燃機等分別把輸入的電能、液壓能、氣壓能和化學能轉(zhuǎn)換為機械能。4.1 常用動力元件的類型及特性4.1 常用動力元件的類型及特性4.1.1 發(fā)動機特性 發(fā)動機性能指標隨調(diào)整情況或運轉(zhuǎn)工況而變化的規(guī)發(fā)動機性能指標隨調(diào)整情況或運轉(zhuǎn)工況而變化的規(guī)律稱為發(fā)動機特性。律稱為發(fā)動機特性。性能指標調(diào)整情況運轉(zhuǎn)工況調(diào)整特性性能特性 用來表示特性的曲線稱為特性曲線，它是評價發(fā)用來表示特性的曲線稱為特性曲線，它是評價發(fā)動機性能的一種簡單、直觀、方便的形式。動機性能的一種簡單、直觀、方便的形式。4.1 常用動力元件的類型及特性4.1.2 4.1

3、.2 柴油機的類型與特性柴油機的類型與特性 柴油機廣泛用作設(shè)備動力柴油機廣泛用作設(shè)備動力,尤其是移動的機電液裝備。其尤其是移動的機電液裝備。其主要特點是：主要特點是： (1) 不受地區(qū)限制，具有自持能力。無論寒帶、熱帶、高原、不受地區(qū)限制，具有自持能力。無論寒帶、熱帶、高原、山地、平原、沙漠、沼澤、海洋，自帶燃料都可工作。山地、平原、沙漠、沼澤、海洋，自帶燃料都可工作。 (2) 產(chǎn)品系列化后，可采用所謂產(chǎn)品系列化后，可采用所謂“積木式積木式”，即增加相同類，即增加相同類型機組數(shù)目的辦法，以增加總裝機功率，從而減少柴油機品種。型機組數(shù)目的辦法，以增加總裝機功率，從而減少柴油機品種。 (3) 結(jié)構(gòu)

4、緊湊，體積小，重量輕，便于搬遷移運，適于野外結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，便于搬遷移運，適于野外流動作業(yè)。流動作業(yè)。4.1 常用動力元件的類型及特性4.1.2 4.1.2 柴油機的類型與特性柴油機的類型與特性 (4) 在性能上，轉(zhuǎn)速可平穩(wěn)調(diào)節(jié)，能防止工作機過載，避在性能上，轉(zhuǎn)速可平穩(wěn)調(diào)節(jié)，能防止工作機過載，避免出設(shè)備事故。裝上全制式調(diào)速器，油門手柄處于不同位置免出設(shè)備事故。裝上全制式調(diào)速器，油門手柄處于不同位置時，即可得到不同的穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速。當外載增加超過時，即可得到不同的穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速。當外載增加超過max時，柴油機便越過外特性上穩(wěn)定工作點而滅火，不致造成傳時，柴油機便越過外特性上穩(wěn)定工作點而滅火

5、，不致造成傳動機構(gòu)或工作機因過載而損壞。動機構(gòu)或工作機因過載而損壞。 (5) 扭矩曲線較平坦，適應性系數(shù)小扭矩曲線較平坦，適應性系數(shù)小(1.051.15)，過載能，過載能力有限；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍窄力有限；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍窄(1.31.8)；噪音大，影響工人健康；噪音大，影響工人健康；與電驅(qū)動比較，驅(qū)動傳動效率低，燃料成本高等。與電驅(qū)動比較，驅(qū)動傳動效率低，燃料成本高等。4.1 常用動力元件的類型及特性4.1.2 4.1.2 柴油機的類型與特性柴油機的類型與特性4.1 常用動力元件的類型及特性4.1.2 4.1.2 柴油機的類型與特性柴油機的類型與特性 當噴油量為最大時，性能參數(shù)Ne、Me 、ge、Ge

6、隨n變化的規(guī)律性，即外特性。 外特性是正確選擇及合理使用發(fā)動機的基礎(chǔ)。 (1)曲線定量地指明了不同轉(zhuǎn)速下的Ne、Me和ge的值。 (2)曲線指明了最大功率Nmax、最大扭矩Mmax、最大功率時扭矩Me、最小耗油量gemin及相應的經(jīng)濟轉(zhuǎn)速，可確定適應性系數(shù)和合理的工作轉(zhuǎn)速范圍。4.1 常用動力元件的類型及特性4.1.2 4.1.2 柴油機的類型與特性柴油機的類型與特性 定轉(zhuǎn)速下油耗ge隨功率Ne而變化的規(guī)律，稱負荷特性。 依據(jù)負荷特性，可確定動力機在定轉(zhuǎn)速下工作時的經(jīng)濟負荷，即耗油率最小時柴油機的功率范圍。方法：由坐標原點引射線與ge曲線相切，切點所對應之功率即最經(jīng)濟的功率，因為該點Ne與ge

7、比值最大。4.1 常用動力元件的類型及特性4.1.2 4.1.2 柴油機的類型與特性柴油機的類型與特性 油門手柄固定，油泵齒條由調(diào)速器自動控制時，Ne、Me與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系，稱調(diào)速特性，如圖所示。 由調(diào)速特性知，裝有全制式調(diào)速器的柴油機，負荷可以在很大范圍內(nèi)變化，而轉(zhuǎn)速則可維持5的變化。 調(diào)節(jié)油門手柄位置，可得到一系列形狀類似的調(diào)速線。 在選擇匹配和操作使用柴油機時，聯(lián)合工作點都應在調(diào)速線上。若外載超過e點，發(fā)動機將在超負荷工況下運行，動力性和經(jīng)濟性指標都會變壞，這是不利的。4.1 常用動力元件的類型及特性4.1.2 4.1.2 柴油機的類型與特性柴油機的類型與特性Z12V190B柴油機的柴油機

8、的通用特性曲線，最通用特性曲線，最內(nèi)層的等油耗率曲內(nèi)層的等油耗率曲線表明發(fā)動機最經(jīng)線表明發(fā)動機最經(jīng)濟的工作范圍。濟的工作范圍。4.1 常用動力元件的類型及特性4.1.3 4.1.3 汽油機的類型與特性汽油機的類型與特性汽油機功率較柴油機小，可用于液壓驅(qū)動的足式機器人等。汽油機功率較柴油機小，可用于液壓驅(qū)動的足式機器人等。4.1 常用動力元件的類型及特性4.1.3 4.1.3 汽油機的類型與特性汽油機的類型與特性（1）燃油消耗率曲線 發(fā)動機空轉(zhuǎn)（發(fā)動機空轉(zhuǎn)（Pe=0）時，）時，m=0，be為無窮大為無窮大。隨負荷。隨負荷（節(jié)氣門開度）增大，由于（節(jié)氣門開度）增大，由于i、m同時上升，使耗油率同時

9、上升，使耗油率曲線迅速下降。曲線迅速下降。4.1 常用動力元件的類型及特性4.1.3 4.1.3 汽油機的類型與特性汽油機的類型與特性（2）每小時耗油量曲線4.1 常用動力元件的類型及特性4.1.3 4.1.3 汽油機的類型與特性汽油機的類型與特性4.1 常用動力元件的類型及特性4.1.4 4.1.4 電氣執(zhí)行元件及其特性電氣執(zhí)行元件及其特性l 電氣式執(zhí)行元件包括控制用電動機電氣式執(zhí)行元件包括控制用電動機( (步進電動機、步進電動機、DcDc和和AcAc伺服電動機伺服電動機) )、靜電電動機、磁致伸縮器件、壓電元、靜電電動機、磁致伸縮器件、壓電元件、超聲波電動機以及電磁鐵等。件、超聲波電動機以

10、及電磁鐵等。l 要求：要求： 穩(wěn)速運轉(zhuǎn)性能；穩(wěn)速運轉(zhuǎn)性能； 具有良好的加速、減速性能；具有良好的加速、減速性能； 伺服性能等動態(tài)性能；伺服性能等動態(tài)性能； 頻繁使用時的適應性；頻繁使用時的適應性； 便于維修性能。便于維修性能。4.1 常用動力元件的類型及特性4.1.4 4.1.4 電氣執(zhí)行元件及其特性電氣執(zhí)行元件及其特性l 電磁鐵是由線圈和銜鐵兩部分組成，結(jié)構(gòu)簡單，由于電磁鐵是由線圈和銜鐵兩部分組成，結(jié)構(gòu)簡單，由于是單向驅(qū)動，故需用彈簧復位，用于實現(xiàn)兩固定點間的是單向驅(qū)動，故需用彈簧復位，用于實現(xiàn)兩固定點間的快速驅(qū)動；快速驅(qū)動；l 壓電驅(qū)動器是利用壓電晶體的壓電效應來驅(qū)動運行機壓電驅(qū)動器是利用

11、壓電晶體的壓電效應來驅(qū)動運行機構(gòu)作微量位移的；構(gòu)作微量位移的；l 電熱驅(qū)動器是利用物體電熱驅(qū)動器是利用物體( (如金屬棒如金屬棒) )的熱變形來驅(qū)動運的熱變形來驅(qū)動運行機構(gòu)的直線位移，用控制電熱器行機構(gòu)的直線位移，用控制電熱器( (電阻電阻) )的加熱電流來的加熱電流來改變位移量，由于物體的線膨脹量有限，位移量當然很改變位移量，由于物體的線膨脹量有限，位移量當然很小，可用在機電一體化產(chǎn)品中實現(xiàn)微量進給。小，可用在機電一體化產(chǎn)品中實現(xiàn)微量進給。4.1 常用動力元件的類型及特性4.1.4 4.1.4 電氣執(zhí)行元件及其特性電氣執(zhí)行元件及其特性l 一般電動機分為兩類,一類為動力用電動機,如感應式異步電

12、動機和同步電動機等;另一類為控制用電動機,如力矩電動機、脈沖電動機、開關(guān)磁阻電動機、變頻調(diào)速電動機和各種AC/DC電動機等。l 在額定輸出功率相同的條件下,交流伺服電動機的比功率最高、 直流伺服電動機次之、步進電動機最低。4.1 常用動力元件的類型及特性4.1.4 4.1.4 電氣執(zhí)行元件及其特性電氣執(zhí)行元件及其特性l 控制用電動機有控制用電動機有力矩電動機、脈沖（步進）電動力矩電動機、脈沖（步進）電動機、變頻調(diào)速電動機、開關(guān)磁阻電動機機、變頻調(diào)速電動機、開關(guān)磁阻電動機和和各種各種AC/DCAC/DC電動機電動機等。等。l 控制用電動機是電氣伺服控制系統(tǒng)的動力部件，控制用電動機是電氣伺服控制系

13、統(tǒng)的動力部件，是將電能轉(zhuǎn)換為機械能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置。由是將電能轉(zhuǎn)換為機械能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置。由于其可在很寬的速度和負載范圍內(nèi)進行連續(xù)、精于其可在很寬的速度和負載范圍內(nèi)進行連續(xù)、精確的控制，因而在各種機電一體化液系統(tǒng)中得到確的控制，因而在各種機電一體化液系統(tǒng)中得到廣泛應用。廣泛應用。4.1 常用動力元件的類型及特性4.1.4 4.1.4 電氣執(zhí)行元件及其特性電氣執(zhí)行元件及其特性l不同的應用場合，對控制用電動機性能密度的要求也有所不同：對于起停頻率低(如幾十次分)，但要求低速平穩(wěn)和扭矩脈動小，高速運行時振動、噪聲小，在整個調(diào)速范圍內(nèi)均可穩(wěn)定運動的機械，如NC工作機械的進給運動、機器人的驅(qū)動系統(tǒng)

14、，其功率密度是主要的性能指標；對于起停頻率高(如數(shù)百次分)，但不特別要求低速平穩(wěn)性的產(chǎn)品，如高速打印機、繪圖機、打孔機、集成電路焊接裝置等主要的性能指標是高比功率。4.1.4 電氣執(zhí)行元件及其特性一、步進電動機的特點與種類1. 步進電動機的特點l 步進電動機又稱脈沖電動機。它是將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成機械角位移的執(zhí)行元件。l 輸入一個電脈沖就轉(zhuǎn)動一步，即每當電動機繞組接受一個電脈沖，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個相應的步距角。轉(zhuǎn)子角位移的大小及轉(zhuǎn)速分別與輸入的電脈沖數(shù)及頻率成正比，并在時間上與輸入脈沖同步。l 只要控制輸入電脈沖的數(shù)量、頻率以及電動機繞組通電相序即可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向，很容易用微機實現(xiàn)數(shù)字控

15、制。4.1.4 電氣執(zhí)行元件及其特性步進電動機具有以下特點：步進電動機具有以下特點：步進電動機的工作狀態(tài)不易受各種干擾因素的影響步進電動機的工作狀態(tài)不易受各種干擾因素的影響( (如電如電源電壓的波動、電流的大小與波形的變化、溫度等源電壓的波動、電流的大小與波形的變化、溫度等) )的影響，的影響，只要在它們的大小未引起步進電動機產(chǎn)生只要在它們的大小未引起步進電動機產(chǎn)生“丟步丟步”現(xiàn)象之現(xiàn)象之前，就不影響其正常工作；前，就不影響其正常工作；步進電動機的步距角有誤差，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定步數(shù)以后也步進電動機的步距角有誤差，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定步數(shù)以后也會出現(xiàn)累積誤差，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)以后，其累積誤差變?yōu)闀霈F(xiàn)累積誤差

16、，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)以后，其累積誤差變?yōu)椤傲懔恪?，因此不會長期積累；，因此不會長期積累；控制性能好控制性能好, ,在起動、停止、反轉(zhuǎn)時不易在起動、停止、反轉(zhuǎn)時不易“丟步丟步”。不需要傳感器進行反饋，可以進行開環(huán)控制；不需要傳感器進行反饋，可以進行開環(huán)控制；缺點是能量效率較低。缺點是能量效率較低。 因此，步進電動機被廣泛應用于開環(huán)控制的機電一體因此，步進電動機被廣泛應用于開環(huán)控制的機電一體化系統(tǒng)，使系統(tǒng)簡化，并可靠地獲得較高的位置精度?；到y(tǒng)，使系統(tǒng)簡化，并可靠地獲得較高的位置精度。4.1.4 電氣執(zhí)行元件及其特性二、直流二、直流（DCDC）伺服電動機伺服電動機 直流電動機具有良好的起、制動性能，宜

17、于在大范圍直流電動機具有良好的起、制動性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速和快速正反向的電力拖動內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速和快速正反向的電力拖動領(lǐng)域中得到了廣泛的應用。領(lǐng)域中得到了廣泛的應用。1、工作原理：直流伺服電動機的、工作原理：直流伺服電動機的結(jié)構(gòu)由永磁體定子、線圈轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)由永磁體定子、線圈轉(zhuǎn)子（電樞）、電刷和換向器組成，（電樞）、電刷和換向器組成，磁場中的線圈通入電流時，就會磁場中的線圈通入電流時，就會產(chǎn)生電磁力，驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。為產(chǎn)生電磁力，驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。為了得到連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運動，就必須了得到連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運動，就必須隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動角度不斷改變電隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動角度不斷改變電流方向，因

18、此，必須有電刷和換流方向，因此，必須有電刷和換向器。向器。4.1.4 電氣執(zhí)行元件及其特性二、直流二、直流（DCDC）伺服電動機伺服電動機2、特點、特點l 有較高響應速度、精度和頻率，優(yōu)良控制特性等優(yōu)點；有較高響應速度、精度和頻率，優(yōu)良控制特性等優(yōu)點；l 由于使用電刷和換向器，故壽命較低，需要定期維修；由于使用電刷和換向器，故壽命較低，需要定期維修；l 在位置控制和速度控制時，必須使用角度傳感器來實現(xiàn)閉在位置控制和速度控制時，必須使用角度傳感器來實現(xiàn)閉環(huán)控制。環(huán)控制。3、選用、選用 寬調(diào)速直流伺服電動機應根據(jù)負載條件來選擇。加在電動寬調(diào)速直流伺服電動機應根據(jù)負載條件來選擇。加在電動機軸上的有兩

19、種負載，即負載轉(zhuǎn)矩和慣性負載。根據(jù)負載情況，機軸上的有兩種負載，即負載轉(zhuǎn)矩和慣性負載。根據(jù)負載情況，所選電機必須能滿足下列條件：所選電機必須能滿足下列條件： 1）在整個調(diào)速范圍內(nèi)，其負載轉(zhuǎn)矩應在電動機連續(xù)額定轉(zhuǎn)）在整個調(diào)速范圍內(nèi)，其負載轉(zhuǎn)矩應在電動機連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩范圍以內(nèi)；矩范圍以內(nèi)； 2）工作負載與過載時間應在規(guī)定的范圍以內(nèi)；）工作負載與過載時間應在規(guī)定的范圍以內(nèi)； 3）應使加速度與希望的時間常數(shù)一致；）應使加速度與希望的時間常數(shù)一致； 4）等效慣性負載與電機的轉(zhuǎn)子慣量相匹配。）等效慣性負載與電機的轉(zhuǎn)子慣量相匹配。4.1.4 電氣執(zhí)行元件及其特性三、交流三、交流(AC)(AC)伺服電動機伺服電

20、動機l 由于直流伺服電動機具有優(yōu)良的調(diào)速性能，因此長期以由于直流伺服電動機具有優(yōu)良的調(diào)速性能，因此長期以來，在要求調(diào)速性能較高的場合，直流電動機調(diào)速系統(tǒng)來，在要求調(diào)速性能較高的場合，直流電動機調(diào)速系統(tǒng)一直占據(jù)主導地位。但直流伺服電動機結(jié)構(gòu)上存在機械一直占據(jù)主導地位。但直流伺服電動機結(jié)構(gòu)上存在機械整流子、電刷維護困難、造價高、壽命短、應用環(huán)境受整流子、電刷維護困難、造價高、壽命短、應用環(huán)境受到限制的缺點。到限制的缺點。l 近年來交流驅(qū)動技術(shù)有了飛速的發(fā)展，它具有堅固耐用、近年來交流驅(qū)動技術(shù)有了飛速的發(fā)展，它具有堅固耐用、經(jīng)濟可靠及動態(tài)響應好等優(yōu)點。因此，交流伺服系統(tǒng)已經(jīng)濟可靠及動態(tài)響應好等優(yōu)點。

21、因此，交流伺服系統(tǒng)已在很大程度上取代了直流伺服系統(tǒng)。在很大程度上取代了直流伺服系統(tǒng)。l 交流伺服電動機包括同步型、感應型兩種。交流伺服電動機包括同步型、感應型兩種。4.1.4 電氣執(zhí)行元件及其特性三、交流三、交流(AC)(AC)伺服電動機伺服電動機l 在小功率伺服系統(tǒng)中，一般使用永磁式同步電動機，因在小功率伺服系統(tǒng)中，一般使用永磁式同步電動機，因為它有優(yōu)良的動態(tài)性能，過載能力大等優(yōu)點。為它有優(yōu)良的動態(tài)性能，過載能力大等優(yōu)點。l 感應型交流伺服電動機結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕，價格低，可感應型交流伺服電動機結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕，價格低，可用做主軸電機。目前的交流伺服驅(qū)動裝置一般采用用做主軸電機。目前的交流伺服

22、驅(qū)動裝置一般采用DSPDSP的的全數(shù)字化控制。全數(shù)字化控制。l 對交流伺服電動機的控制以矢量控制為基礎(chǔ)。對交流伺服電動機的控制以矢量控制為基礎(chǔ)。4.1.4 電氣執(zhí)行元件及其特性4.1.4 電氣執(zhí)行元件及其特性4.1.4 電氣執(zhí)行元件及其特性4.1 常用動力元件的類型及特性4.1.5 液壓蓄能器液壓蓄能器 蓄能器是液壓系蓄能器是液壓系統(tǒng)中一種儲存油液壓統(tǒng)中一種儲存油液壓力能的裝置，部分場力能的裝置，部分場合也可用作動力源。合也可用作動力源。 如右圖沖擊臺，其蓄如右圖沖擊臺，其蓄能器組由大容積的蓄能能器組由大容積的蓄能器組成，提供速度發(fā)生器組成，提供速度發(fā)生器所需的全部能量。即器所需的全部能量。即

23、把大功率液壓能轉(zhuǎn)化為把大功率液壓能轉(zhuǎn)化為機械能，推動撞擊試驗編程裝置產(chǎn)生所需的動量（質(zhì)量塊的質(zhì)機械能，推動撞擊試驗編程裝置產(chǎn)生所需的動量（質(zhì)量塊的質(zhì)量與速度的乘積）。撞擊試驗編程裝置用于傳遞動量模擬實際量與速度的乘積）。撞擊試驗編程裝置用于傳遞動量模擬實際的沖擊力。由質(zhì)量塊和可調(diào)節(jié)沖擊力和沖擊時間的沖擊頭組成。的沖擊力。由質(zhì)量塊和可調(diào)節(jié)沖擊力和沖擊時間的沖擊頭組成。可產(chǎn)生標準的半正弦波、近似的三角波和方波波?？僧a(chǎn)生標準的半正弦波、近似的三角波和方波波。4.2 能量存儲與釋放機制性能要求：性能要求： 功率密度 儲能裝置重量 循環(huán)效率 價格、可靠性 環(huán)境污染 維護性4.2 能量存儲與釋放機制燃料電

24、池l 燃料電池是一種將儲存在燃料和氧化劑中的化學能通過電極反應直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。目前應用于電動汽車中的燃料電池是一種被稱為質(zhì)子交換膜的氫燃料電池，它以純氫為燃料、以空氣或氧為氧化劑。l 氫燃料電池的真正實用化還面臨氫的制取和存儲困難、使用成本高等難題。4.2 能量存儲與釋放機制4.2 能量存儲與釋放機制4.2 能量存儲與釋放機制蓄電池l 蓄電池儲能:蓄電池儲能以電能方式儲存能量。系統(tǒng)以具有可逆作用的發(fā)電機電動機實現(xiàn)蓄電池中的電能和車輛動能之間的轉(zhuǎn)化。l 蓄電池儲能的功率密度低 ，充放電頻率小 ，不能迅速轉(zhuǎn)化吸收大量功率，而車輛在制動或起動時 ，需要迅速釋放或得到大量功率，這使蓄電池儲能

25、受到很大限制。4.2 能量存儲與釋放機制液壓蓄能器l 液壓儲能以液壓能的方式儲存能量。系統(tǒng)由一個具有可逆作用的泵馬達實現(xiàn)蓄能器中的液壓能與車輛動能之間的轉(zhuǎn)化，即在車輛制動時，儲能系統(tǒng)將泵馬達以泵的形式工作，車輛行駛的動能帶動泵旋轉(zhuǎn)，將高壓油壓入蓄能器中，實現(xiàn)動能到液壓能的轉(zhuǎn)化；在車輛起動或加速時，儲能系統(tǒng)再將泵馬達以馬達的形式工作，高壓油從蓄能器中流出，帶動馬達工作，實現(xiàn)液能到車輛動能的轉(zhuǎn)化。l 一般用于液壓混合動力車輛及石油化工等設(shè)備。4.2 能量存儲與釋放機制l 功率密度功率密度: :單位質(zhì)量儲能元件吸收和釋放的最大功率單位質(zhì)量儲能元件吸收和釋放的最大功率; ;l 能量密度能量密度: :單

26、位質(zhì)量儲能元件所儲存的可用能量值單位質(zhì)量儲能元件所儲存的可用能量值. .4.3 動力系統(tǒng)方案的確定 動力系統(tǒng)驅(qū)動設(shè)計：動力系統(tǒng)驅(qū)動設(shè)計：l 獨立驅(qū)動 #分布式布置，可靠性高； #節(jié)省傳動系，布置靈活； #控制復雜度高； #動力獨立匹配設(shè)計；l 集中驅(qū)動 #操控簡單； #需要集成復雜傳動系； #技術(shù)成熟； #動力源綜合匹配；4.3 動力系統(tǒng)方案的確定 動力系統(tǒng)驅(qū)動設(shè)計：動力系統(tǒng)驅(qū)動設(shè)計：l 分布、獨立驅(qū)動l 集中驅(qū)動單橋驅(qū)動雙橋驅(qū)動獨立驅(qū)動4.3 動力系統(tǒng)方案的確定 動力系統(tǒng)驅(qū)動設(shè)計：動力系統(tǒng)驅(qū)動設(shè)計：l 分布、獨立驅(qū)動l 集中驅(qū)動4.3 動力系統(tǒng)方案的確定動力系統(tǒng)驅(qū)動設(shè)計示例：動力系統(tǒng)驅(qū)動設(shè)計

27、示例：l 分布、獨立驅(qū)動l 四個泵：四個泵：7L/min；l 集中驅(qū)動；集中驅(qū)動；4.3 動力系統(tǒng)方案的確定 動力系統(tǒng)驅(qū)動設(shè)計的核心是匹配整機動力，并根據(jù)集成要求進行方案選擇； 對于動力/控制雙重任務(wù)的元件，需要綜合考慮其動力特性和控制特性，如伺服電機、伺服泵等。4.4 動力系統(tǒng)匹配性 合理匹配動力系統(tǒng)是整機發(fā)揮高效率的前提，尤其是行走機電液裝備，其原動機、泵及馬達等匹配非常重要，也是技術(shù)難點。 以全液壓推土機為例，其驅(qū)動系統(tǒng)匹配和控制技術(shù)是智能化控制系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)。目前匹配和控制技術(shù)為國外所壟斷，價格較高且技術(shù)保密。4.4 動力系統(tǒng)匹配性 對于移動行為復雜的機電液裝備，其動力系統(tǒng)設(shè)計和分析需

28、要系統(tǒng)性研究，與移動行為、控制方法和機械系統(tǒng)密切相關(guān)，也是最難匹配設(shè)計的動力系統(tǒng)。HyQ動力設(shè)計也很難！4.5 動力系統(tǒng)設(shè)計方法及設(shè)計實例要點：1、移動式動力為車載發(fā)動機；2、緊湊型油箱設(shè)計；3、切合行走工況；4、野外工作環(huán)境適應性5、輔助系統(tǒng)設(shè)計，如風冷要點：1、移動固定式動力為電動機；2、油箱通化設(shè)計；3、輔助系統(tǒng)可水冷、風 冷，預熱設(shè)計靈活；4.5.1 六足機器人動力系統(tǒng)設(shè)計液壓驅(qū)動六足機器人平地二、三、六步態(tài)行走，具備一定的爬坡能力(25度），匹配液壓動力系統(tǒng)。4.5.1 六足機器人動力系統(tǒng)設(shè)計液壓驅(qū)動六足機器人液壓動力系統(tǒng)形式： *發(fā)動機驅(qū)動恒壓變量泵； *泵站采用泵和蓄能器聯(lián)合供油

29、方案。4.5.1 六足機器人動力系統(tǒng)設(shè)計4.5.1 六足機器人動力系統(tǒng)設(shè)計二、液壓動力系統(tǒng)設(shè)計各關(guān)節(jié)液壓缸布置4.5.1 六足機器人動力系統(tǒng)設(shè)計二、液壓動力系統(tǒng)設(shè)計 考慮到六足機器人長時間行走且在失穩(wěn)時需要快速恢復穩(wěn)定，因此要求各關(guān)節(jié)驅(qū)動的液壓系統(tǒng)具有較快的響應速度，所以泵站的流量配置上采用恒壓變量泵與蓄能器聯(lián)合供油的形式瞬時流量補給、吸收壓力脈動，提高動態(tài)響應能力。l 泵站平均流量：泵站平均流量：400L/min；l 高壓蓄能器容積：高壓蓄能器容積：80L；4.5.1 六足機器人動力系統(tǒng)設(shè)計三、液壓動力系統(tǒng)設(shè)計要求1：原動機：發(fā)動機；2：恒壓變量泵、蓄能器聯(lián)合供油；3：供油過濾精度：5；4：

30、壓力穩(wěn)定性：供油壓力波動控制 在10%以內(nèi)，回油壓力基本恒定；5：配備循環(huán)冷卻和加熱系統(tǒng)。6：適應25度；7：垂向加速度：0.5g；4.5.2 6DOF運動模擬裝備動力系統(tǒng)設(shè)計 運動模擬裝備能實現(xiàn)縱向、橫向、垂直和俯仰、運動模擬裝備能實現(xiàn)縱向、橫向、垂直和俯仰、橫滾、偏航六自由度的運動。可實現(xiàn)任一自由度的橫滾、偏航六自由度的運動?？蓪崿F(xiàn)任一自由度的獨立運動和六個自由度的任意組合運動。獨立運動和六個自由度的任意組合運動。4.5.2 6DOF運動模擬裝備動力系統(tǒng)設(shè)計 運動模擬裝備能實現(xiàn)縱向、橫向、垂直和俯仰、運動模擬裝備能實現(xiàn)縱向、橫向、垂直和俯仰、橫滾、偏航六自由度的運動。可實現(xiàn)任一自由度的橫滾、偏航六自由度的運動?？蓪崿F(xiàn)任一自由度的獨立運動和六