張健， 閆炎， 武懷強(qiáng)

（天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，天津 300222）

0 引言

隨著能源危機(jī)，風(fēng)力發(fā)電得到快速發(fā)展。風(fēng)機(jī)偏航系統(tǒng)的主要作用是：根據(jù)風(fēng)力的大小調(diào)整風(fēng)機(jī)對風(fēng)向的角度，提高能源利用效率。由于風(fēng)向、風(fēng)力大小經(jīng)常發(fā)生變化，偏航電機(jī)要經(jīng)常調(diào)整，電機(jī)頻繁啟動；其次，葉片、機(jī)艙及發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量特別大。而液壓馬達(dá)因其啟動快、尺寸小、能量密度高，可減小減速機(jī)的尺寸、減小驅(qū)動裝置安裝空間，適用于風(fēng)機(jī)偏航系統(tǒng)。

1 液壓馬達(dá)驅(qū)動方案和基本方程

1.1 系統(tǒng)原理圖（如圖1）［6］

1.2 基本方程［3］

1.3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航系統(tǒng)等效負(fù)載計算［3］

為了分析計算方便，將負(fù)載慣量、負(fù)載阻尼、負(fù)載剛度等折算到液壓執(zhí)行元件的輸出端：

式中：T1為液壓馬達(dá)驅(qū)動的負(fù)載轉(zhuǎn)矩；T2為液壓馬達(dá)折算后的負(fù)載轉(zhuǎn)矩；Je為折算后的負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量。

將系統(tǒng)一部分慣量、黏性阻尼系數(shù)和剛度折算到轉(zhuǎn)速i倍的另一部分時，只需將它們除以i2即可。

圖1 偏航液壓系統(tǒng)原理圖

2 模型參數(shù)化及仿真實驗

由式（1）看出，馬達(dá)轉(zhuǎn)角θm主要受到閥開口位移XV，附加負(fù)載TL的影響。而液壓系統(tǒng)主要受4個因素影響：負(fù)載慣量、附加負(fù)載、馬達(dá)排量和馬達(dá)轉(zhuǎn)速，固此將其作為仿真研究對象，來驗證閥控液壓馬達(dá)的特性。因為馬達(dá)轉(zhuǎn)速、排量先選定，所以仿真外負(fù)載、負(fù)載慣量［2-3］基于AMESim建立液壓馬達(dá)系統(tǒng)的仿真如圖2。

圖3 比例閥的給定信號和液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速

依據(jù)某型風(fēng)力發(fā)電機(jī)參數(shù)進(jìn)行建模，主要參數(shù)如表1所示。

3 基于AMESim的閥控液壓馬達(dá)的特性仿真

當(dāng)調(diào)整偏航角度時，馬達(dá)剎車壓力降低，偏航馬達(dá)動作。此時偏航剎車對剎車盤產(chǎn)生一個適當(dāng)阻尼，保證調(diào)節(jié)過程的平穩(wěn)，本文給定60 000 N·m，折算到馬達(dá)負(fù)載為100 N·m。

表1 某型風(fēng)力發(fā)電機(jī)參數(shù)

仿真時間為30 s，采樣時間0.01 s，如圖3所示兩條曲線分別為比例閥電流給定信號和液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速曲線。

由圖3可知，馬達(dá)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度曲線跟比例閥電流大小曲線類似，馬達(dá)轉(zhuǎn)速能夠跟蹤比例閥的驅(qū)動電流的大小，可以用比例閥來控制液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速。

圖2 基于AMESim建立液壓馬達(dá)系統(tǒng)的仿真

4 結(jié)論

1）液壓馬達(dá)可以采用大排量轉(zhuǎn)速低的擺線液壓馬達(dá)，因而有降低轉(zhuǎn)速的效果，相對目前電機(jī)配套的行星減速機(jī)，本方案液壓馬達(dá)只需要普通減速機(jī)，所以液壓方案還具有節(jié)約成本、體積小的優(yōu)勢。2）目前偏航剎車為獨立的液壓剎車系統(tǒng)，作用在電機(jī)減速機(jī)后面，而液壓擺線馬達(dá)可以附帶剎車系統(tǒng)，直接作用在液壓馬達(dá)上。3）通過AMESim仿真閥控液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速可以跟蹤給定的信號，平穩(wěn)性比較優(yōu)越，達(dá)到設(shè)計技術(shù)要求。

［1］ 蘇紹禹.風(fēng)力發(fā)電設(shè)計與運(yùn)行維護(hù)［M］.北京：中國電力出版社，2002：9-29.

［2］ 李狀云，葛宜遠(yuǎn).液壓元件與系統(tǒng)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

［3］ 王春行.液壓控制系統(tǒng)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

［4］ 付永領(lǐng)，祁曉野.AMESim系統(tǒng)建模和仿真—從入門到精通［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.

［5］ 張宗成，袁銳波，何敏，等.基于AMEsim的閥控液壓馬達(dá)特性研究［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2010（5）：10-30.

［6］ 中國機(jī)械工程學(xué)會，中國機(jī)械設(shè)計大典編委會.中國機(jī)械設(shè)計大典：第 4卷［M］.南昌：江西科學(xué)技術(shù)出版社，2002：1381-1461.