CPR • 压力共轨技术 | 液压回路中的“零线与火线”

还从Volvo挖机说起

 

在Q51期【i前沿】专栏中 [液压缸还能数字变排量?看这款NorrDigi智能缸的“七十二变”],i小编和大家分享了Volvo的一款新挖机。这款机器的特别之处就是采用了叫做 Common Pressure Rail (CPR)的技术。不过上一期中对此项技术本身没有进行深入的探讨,这一期i小编就和大家一起来更多的认识什么是CPR。

 

【i前沿】Q56:CPR • 压力共轨技术 | 液压回路中的“零线与火线”

 

你也可以先通过这段视频了解下CPR技术能给这款挖机带来什么样的全新体验…

视频来源:Volvo官方媒体平台

 

CPR的初印象

CPR – Common Pressure Rail,翻译过来的意思是:压力共轨,这个名字还是比较学术。不过相信大家都熟悉的家用电路都有两条线路:一是火线,二是零线,这两条电路上的电压都是一样的。那么这里我们所说的压力共轨,我们就可以对比的理解是:液压回路中的“火线和零线

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家用电路中的火线和零线

在这个系统中,所有负载都连接到相同的压力源上。下图显示了内燃机作为输入动力源,当然这也不是必须的。通过将负载与动力源分离,您可以完全自由地选择输入动力源, 它也可以是电池驱动的。

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注意:它不是一个恒压系统。该系统必不可少的是液压蓄能器。由于蓄能器中的压力水平的变化,CPR 系统不是恒压系统。蓄能器不能存储太多能量,但对于许多应用而言,也不需要存储大量能量。大多数应用需要的是能源管理, 而液压蓄能器是世界上最好的超级“电容器”。

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有了这两条“火线和零线”后,其他的执行机构端就可以并联在这两条线路上,独立执行各自动作也不相互干扰。下面是一个CPR系统的架构示意图。

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CPR的+/-

对于液压新技术的研究,不断改善效率是主要的关注点之一,对于CPR技术也一样。相比于传统的节流控制技术,CPR系统效率损失可降低近90%。其实从其系统架构不难看出,CPR系统去掉了能耗损失较大的阀控部分,采用了类似泵控的直接负载驱动方式。

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从上面Volvo的视频中也可以看到其中一个宣传点就是极大地提高了油耗效率。

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i小编认为采用了CPR系统后,由于高压侧回路蓄能器的调节作用,压力更加平稳,这样泵对发动机的作用负载基本维持在一个稳定的区间,而不会出现剧烈的波动,更加利于发动机的燃油利用。
与电力分配的系统不同,CPR 系统有一个通用的液压系统,基本上只需要一个油箱、一个冷却器和一个过滤油的地方。CPR系统为能量回收能源管理提供了极好的基础。该控制不是基于速度或流量控制,而是基于压力或负载控制。您控制的是加速度,而不是速度,这大大提高了准确性。

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不过一个问题是:CPR 系统需要液压变压器,但是这种类型的元件还不是成熟产品,在市场上并不容易获取。 

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CPR系统案例

新技术的出现,总是给大家开拓了更多的想象空间。液界的先驱们也在不断的尝试中前行。

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Georges E.M. Vael 展示了一个使用 CPR 的叉车液压系统,如上图所示。它使用液压变压器来实现举升子系统的能量回收。与基于负载敏感的系统相比,该系统具有更简单、更灵活的结构。

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Georges E.M. Vael 基于CPR搭建了挖掘机液压系统,分析了一台30吨级挖掘机的线性执行器的能耗细节,仿真结果表明对于挖掘机的负载循环,与传统的负载敏感系统相比,新系统可节省37%的总能源。

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INNAS也提出了一种基于 CPR 的乘用车架构,该架构采用四个泵/马达,每个车轮一个,完全取消了机械传动,并利用液压变压器作为控制单元, 控制四个恒定排量泵/马达。因此,发动机与车轮隔离,始终在最高效率区域工作,从而提高燃油效率并减少废气排放。

 

参考资料:

· Volvo Group Video. https://youtu.be/vUUmoH-DDuM

· INNAS官方网站. www.innas.com

· Peter Achten. Fluid power genes and memes | About sharks, mice and a poor albatross chick. SICFP19

· WEI SHEN. Review of the Energy Saving Hydraulic System Based on Common Pressure Rail

原创文章,作者:iHydrostatics静液压,如若转载,请注明出处:https://www.ihydrostatics.com

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