引言
在现代工业的诸多领域，如工程机械、船舶驱动等，闭式泵控马达系统凭借其高效、节能和精确控制等优点，逐渐成为主流的动力传动方式。然而，在实际运行过程中，系统可能会遭遇反拖工况，即负载的惯性作用使得马达转速超过泵的供油速度，导致系统进入非正常工作状态。在这种情况下，若不能及时有效地进行制动，不仅会影响系统的正常运行，还可能造成设备损坏甚至危及人员安全。因此，设计一种可靠的缓速制动系统对于闭式泵控马达系统在反拖工况下的安全运行具有重要意义。
1. 闭式泵控马达系统工作原理及反拖工况分析
1.1工作原理
闭式泵控马达系统主要包括定量马达、变量泵两大设施，以闭式回路的形式实现液压能、机械能之间的转换，从而实现相应的功能。变量泵输出流量根据控制信号进行调节，实现马达转速、转矩控制。在非特殊工况下，泵的输入流量与马达输入流量相等，此时系统稳定运行[1]。
1.2反拖工况产生原因
反拖工况是因为负载惯性作用、外部负载突然减弱造成的结果。一旦负载惯性力超过泵体驱动力，此时马达被迫产生反转，导致系统进入到反拖状态。反拖是一种非正常工况，具有能量倒流、转速不稳、系统波动大等特性，严重威胁系统运行的稳定性与安全性。
2. 缓速制动系统设计方案
2.1设计思路
在闭式泵控马达系统反拖工况条件下，通过缓速制动设计也有效降低负面影响。在设计中，可借助液压阻力、能量回收相结合的方法，在马达系统中增设制动阀、储能装置，这样在发生反拖时，系统自动开启制动阀，产生液压阻力，回收并存储反拖能量，从而实现平滑制动以及能量再回收[2]。
2.2部件选型
2.2.1制动阀
制动阀类型选择要根据系统运行工作压力、流量、响应速度等进行选择，如比例阀、伺服阀等。制动阀开口面积、阀芯行程等重要参数，需要根据系统最大反拖转矩、制动速度选取。
2.2.2储能装置
储能装置选择要根据系统存储容量、能量回收效率、响应速度等进行选择，如液压蓄能器、超级电容等。储能装置容量、工作压力等重要参数，需要根据系统反拖能量大小、制动时间要求等因素选取。
2.3控制策略设计
2.3.1基于速度反馈的制动控制
检测马达转速，与设定的标准制动速度展开对比，根据二者偏差值调节制动阀开度参数，从而精准控制制动转矩。在控制器设计中，可采用PID控制器、模糊控制器等装置，并根据实际运行情况整定参数。
2.3.2能量回收控制
制动期间，对储能装置状态实时监控，控制能量的回收、释放，从而保障能量回收率。在控制算法方面，采用最优能量回收算法，在保障满足制动要求的基础上，最大程度上将反拖能量回收。
3. 数学模型建立与仿真分析
3.1搭建仿真模型
为了有效模拟闭式泵控马达系统反拖工况缓速制动系统工作特性，可使用 AMESim 或 MATLAB/Simulink等专业液压仿真软件搭建仿真模型。在模型搭建中，将各部件数字模型以模块的形式导入到软件中，根据系统实际情况设定参数，包括泵和马达的排量、制动阀参数、储能装置容量等等。同时设定初始条件，包括系统初始压力、转速、流量等。为了提升仿真结果的精准性、真实性，还要对模型进行适当简化和假设，在不对主要性能分析造成影响的基础上，减少计算量以及复杂度[3]。
3.2仿真结果分析
运行搭建好的仿真模型，得到马达系统反拖工况下各个性能参数变化曲线。在制动性能方面，重点观察制动速度曲线、制动转矩曲线走势。正常情况下，制动速度曲线为平缓下滑趋势，且达到标准制动速度的时间满足设计要求。制动转矩曲线应能正确反映制动阀的调节作用，转矩大小、变化应有效控制制动速度。
能量回收结果分析环节，储能装置压力曲线变化可直接反映出能量回收的过程、效率。需要重点关注的指标为压力上升速度、最终稳定值。绘制能量回收效率曲线，可定量分析各个工况下的系统能量回收效率，为后续系统优化设计、制定控制策略提供支撑。
4. 实验研究与结果分析
4.1搭设实验平台
为了检测闭式泵控马达系统反拖工况缓速制动系统实际运行状况，搭建全面、精准的实验平台，其中包含了液压泵站、定量马达、储能装置、变量泵、制动阀、高精度传感器、数据采集系统等各类组件。液压泵站是系统的核心动力源，可提供平稳的压力与流量。变量泵、定量马达为系统核心执行部件，其性能会对整个系统运行效果带来影响。制动阀、储能装置是缓速制动与能量回收的核心元件。
平台搭设中，按照设计要求选择各个组件的规格、型号，保障安装位置、连接方式精准无误。同时，还要精确校准传感器，保障所采集数据的精准性。数据采集系统具备高频率采用、大容量存储的特性，可对系统运行的各类参数实时记录。
4.2实验方案设计
为了有效评估闭式泵控马达系统反拖工况缓速制动系统性能，开展一系列的严谨方案，实验工况条件包括不同反拖速度、负载转矩、系统工作压力等方面。首先，设定不同反拖速度，由低速逐渐提升至高速，从而观察不同速度下的制动响应、能量回收效果。其次，对负载转矩大小进行调节，模拟轻载、重载等各类工作场景，分析不同负载条件下制动稳定性、能量回收效率。同时，调节系统工作压力，分析其对制动性能、能量回收的影响。
实验期间，详细记录系统运行的制动速度、制动转矩、储能装置压力、能量回收量等核心参数，多次重复采集实验数据信息，剔除异常数值，以免出现偶然误差，保障最终试验结果的精准性、有效性。
4.3结果分析
将实验结果采集的数据信息和之前仿真模拟得出的预测结果进行对比分析。在制动性能方面，将实验和仿真模拟的制动速度曲线进行对比，如若实验制动速度达到稳定时间大于仿真结果，代表系统实际设计存在未被考虑的阻力或泄漏因素。在制动转矩偏差方面，如若实验的转矩波动大于仿真参数，则是因为实际部件的制造公差、装配精度、液压油黏度变化造成的结果[4]。
能量回收效果方面需要重点关注储能装置压力偏差，如若实验中储能转感知压力上升速度低于仿真参数，可是因为能量回收过程中存在较大的损失，包括阀口节流、管道摩擦等。在能量回收效率偏差方面，若试验效率低于仿真参数，则要进一步做好系统能量泄漏路径检查，并对能量回收控制策略进行优化。
通过分析实验结果和仿真模拟结果的偏差，除了能够验证仿真模型的可靠性、精准性，还可以揭示实际所设计系统存在的不足，可为后续系统优化、改进提供信息支持。
结束语
综上所述，本文对闭式泵控马达系统反拖工况缓速制动系统展开了的设计、建模、仿真和实验研究。所设计的缓速制动系统能够有效地实现闭式泵控马达系统在反拖工况下的平稳制动，制动速度和转矩控制精度满足设计要求。并且能量回收装置能够在制动过程中回收部分能量，提高了系统的能源利用效率。希望为该领域的进一步研究和工程应用提供了参考和借鉴。
参考文献
[1] 高攀,郑孟冬,李玉,等.油液弹性模量对闭式泵控马达系统特性的影响[J].机械设计与制造, 2024(6)：155-157.
[2] 郭振杰.液压驱动系统性能仿真与分析[J].拖拉机与农用运输车, 2024, 51(1):57-60.
[3] 刘志文,关中原.基于负载前馈变排控制的泵控马达系统仿真研究[J].科技与创新, 2023(7):78-80.
[4] 张德,谷立臣,耿宝龙,等.非平稳工况下闭式泵控马达液压系统的稳定性分析[J].机电工程, 2021, 38(3):604-605.
