丹佛斯電控扭矩限制器助力提高電動(dòng)設(shè)備性能

由于維護(hù)成本不斷上漲，MPG的客戶不再愿意使用卡車的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)為車載起重機(jī)供能，而是選擇了電機(jī)。（MPG）

丹佛斯扭矩限制泵為MPG的卡車車載電動(dòng)起重機(jī)提供了性能和效率。

電氣化不僅僅是將柴油發(fā)動(dòng)機(jī)替換為電機(jī)這么簡單，還要求對(duì)連接系統(tǒng)——特別是液壓系統(tǒng)——進(jìn)行徹底審查。如果要在電動(dòng)設(shè)備中使用與傳統(tǒng)設(shè)備相同的組件，通常需要提高電池容量或增加電機(jī)尺寸。因此，OEM在推動(dòng)設(shè)備電氣化時(shí)往往需要重新考慮效率和生產(chǎn)率問題。

土耳其機(jī)械制造集團(tuán)MPG在為一家荷蘭客戶設(shè)計(jì)卡車車載電動(dòng)起重機(jī)時(shí)對(duì)此深有體會(huì)。這家OEM的總部位于土耳其科尼亞，主要生產(chǎn)卡車車載液壓起重機(jī)（折臂或伸縮臂）、高空作業(yè)平臺(tái)和樹木移植機(jī)。

在該項(xiàng)目中，卡車本身的動(dòng)力系統(tǒng)依然是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，但起重機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)將改為電動(dòng)，后者在工作時(shí)將與室內(nèi)電網(wǎng)和一臺(tái)室外發(fā)電動(dòng)機(jī)相連。由于維護(hù)成本不斷上漲，客戶不再愿意使用卡車的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)為起重機(jī)供能，即使在室外作業(yè)時(shí)也是如此。

MPG查閱了起重機(jī)電驅(qū)動(dòng)技術(shù)的相關(guān)文獻(xiàn)，并進(jìn)行了實(shí)地調(diào)研和市場(chǎng)調(diào)研。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)根據(jù)計(jì)算出的所需功率和設(shè)計(jì)的電氣圖和液壓回路圖選擇了合適的電機(jī)和驅(qū)動(dòng)，并對(duì)其進(jìn)行了測(cè)試。也正是在這時(shí)候，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)遭遇了挑戰(zhàn)。

失速問題

MPG總經(jīng)理Veysel Alver表示，“為了以最簡單的方式開發(fā)設(shè)備，我們先是設(shè)計(jì)了一個(gè)三相異步電機(jī)。當(dāng)我們對(duì)現(xiàn)有設(shè)備的柱塞泵進(jìn)行測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)其性能未達(dá)到預(yù)期，同時(shí)還出現(xiàn)了電機(jī)失速的問題。在這種情況下，我們還需要在電機(jī)上安裝一個(gè)軟啟動(dòng)器和一個(gè)逆變器?！?/p>

電子扭矩限制泵為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)帶來了同樣的防失速優(yōu)勢(shì)，提高了機(jī)器的生產(chǎn)率。（MPG）

與用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)供能的液壓泵一樣，如果沒有扭矩限制器，當(dāng)泵的流量和壓力達(dá)到最大時(shí)，用電機(jī)供能的泵也可能會(huì)失速。無論是發(fā)動(dòng)機(jī)還是電機(jī)失速都會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)率下降，增加運(yùn)營商的煩惱。

用電子扭矩限制泵取代了標(biāo)準(zhǔn)的壓力補(bǔ)償負(fù)載感應(yīng)泵，消除了 MPG 遇到的電機(jī)失速問題。（MPG）

解決該問題的一種辦法是增加電機(jī)的尺寸，但MPG不希望這樣做，因?yàn)檫@將導(dǎo)致成本增加，還會(huì)占據(jù)更多空間。最終，MPG工程師決定使用扭矩限制泵解決這一問題。

電控扭矩限制器解決問題

相較于標(biāo)準(zhǔn)的壓力補(bǔ)償負(fù)載感應(yīng)（PCLS）泵，配備電控扭矩限制器（ETL）的液壓泵具備更豐富的功能，非常適合配備電控架構(gòu)的設(shè)備。ETL泵配備了電子控制器、角度傳感器和電動(dòng)比例溢流閥，可主動(dòng)控制泵消耗的功率或扭矩。此外，客戶也可使用軟件控制系統(tǒng)并調(diào)整泵的參數(shù)。

ETL分為被動(dòng)式和主動(dòng)式兩種。被動(dòng)式ETL會(huì)識(shí)別系統(tǒng)中的變化（例如發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率降低和電動(dòng)機(jī)軸速降低等情況），然后進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整以補(bǔ)償扭矩。而主動(dòng)式ETL控制系統(tǒng)則預(yù)先編入了原動(dòng)機(jī)的實(shí)際扭矩或功率曲線，當(dāng)速度或其他條件發(fā)生變化時(shí)，ETL會(huì)主動(dòng)根據(jù)相應(yīng)條件設(shè)置適當(dāng)?shù)呐ぞ亍?/p>

主動(dòng)式ETL的優(yōu)勢(shì)在于具有更快的控制響應(yīng)速度。實(shí)際上，OEM可以大膽采用尺寸超標(biāo)的泵，因?yàn)檫@種泵覆蓋的操作范圍比響應(yīng)速度較慢的泵更大。此外，在占空比邊界相同的情況下，增加流量也有利于加快設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)速度或使其能夠同時(shí)執(zhí)行更多操作，從而提高生產(chǎn)率。

此外，還可以使用機(jī)械扭矩控制器。這些控制器的部分功率管理功能與ETL相同，但某些方面不如ETL，比如它們無法覆蓋某些性能區(qū)域。

測(cè)試表明系統(tǒng)存在冗余

MPG測(cè)試了幾款市面上的扭矩控制解決方案。Alver說，“我們測(cè)試了一款液壓扭矩控制泵，發(fā)現(xiàn)很難手動(dòng)調(diào)整扭矩限值。有些扭矩控制泵只能調(diào)整出廠設(shè)置參數(shù)，其他參數(shù)均不可調(diào)整?！?/p>

隨后，MPG測(cè)試了配備電控扭矩限制功能的丹佛斯45系列泵。測(cè)試結(jié)果顯示，45系列泵能夠在幾毫秒內(nèi)自動(dòng)將系統(tǒng)壓力主動(dòng)提升至可用扭矩允許的最大值，同時(shí)還能避免失速。與泵連接的發(fā)動(dòng)機(jī)或電機(jī)的轉(zhuǎn)速-扭矩圖已經(jīng)上傳至ETL系統(tǒng)的控制器中，PLUS+1 GUIDE軟件會(huì)根據(jù)可用扭矩范圍和給定的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)泵的控制參數(shù)。

根據(jù)系統(tǒng)要求和尺寸要求，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)選擇了一個(gè)130cc的45系電控扭矩控制泵和一個(gè)MC012-112控制器。而且丹佛斯也提供了一個(gè)原型機(jī)并協(xié)助MPG進(jìn)行了系統(tǒng)測(cè)試。經(jīng)過測(cè)試，MPG工程師確定不需要增加發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸，而且還可以從系統(tǒng)中去除幾個(gè)組件。

Alver指出，“我們使用45系ETL泵成功解決了電動(dòng)機(jī)濕度的問題。無需使用軟啟動(dòng)器和逆變器，只需借助PLUS+1軟件就可以輕松調(diào)節(jié)所需的最佳扭矩?！?/p>

一款適用于所有PCLS系統(tǒng)的泵

丹佛斯45系ETL泵減少了MPG卡車車載起重機(jī)的系統(tǒng)失速問題，從而提升了生產(chǎn)率；而且它無需使用更大尺寸的電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器以及其他組件，從而降低了成本；相較于標(biāo)準(zhǔn)的壓力補(bǔ)償負(fù)載敏感（PCLS）泵，丹佛斯45系ETL泵使系統(tǒng)效率提升了15%。

與標(biāo)準(zhǔn) PCLS 泵相比，丹佛斯 45 系列 ETL 泵的效率也提高了 15%。（丹佛斯）

Alver表示，“借助我們生產(chǎn)的配備ETL泵的設(shè)備，客戶便可以輕松挑戰(zhàn)性能極限；借助PLUS+1軟件，我們能夠?yàn)榭蛻籼峁┖唵我仔械慕鉀Q方案，使其快速應(yīng)對(duì)任何系統(tǒng)變化。該解決方案的主要優(yōu)勢(shì)正在于靈活性且易于實(shí)施。”

無論該系統(tǒng)當(dāng)前是否具備功率管理功能，丹佛斯45系ETL泵可以應(yīng)用于現(xiàn)有的任何PCLS系統(tǒng)上。而且45系ETL泵還可以直接替換任何機(jī)械扭矩控制泵。由于它通過軟件調(diào)整設(shè)備參數(shù)，因此無需更改泵硬件即可調(diào)整扭矩限制設(shè)置。由于一臺(tái)ETL泵可以覆蓋幾乎任何發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)的扭矩范圍，因此無需安裝多個(gè)部件以實(shí)現(xiàn)不同的扭矩設(shè)置。

Alver補(bǔ)充說，“借助45系ETL泵，我們不僅可以助力客戶實(shí)現(xiàn)電氣化，還可以滿足他們的不同需求。例如，有些客戶希望使用外部柴油發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)起重機(jī)結(jié)構(gòu)。通常情況下，這些發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和扭矩曲線都各不相同。但是，我們可以使用PLUS+1軟件來確定每臺(tái)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩限值，從而選擇性能最高的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)?！?/p>

本文由丹佛斯動(dòng)力系統(tǒng)高級(jí)客戶經(jīng)理G?khan Avci和開路泵產(chǎn)品組合經(jīng)理Vince Ewald共同撰寫，并向SAE投稿。