闭式液压系统补油泵参数的设计.pdf

2 0 1 3年 4月 第 4 1卷 第 8期 机床与液压 MACHI NE TO0L HYDRAUL I CS Ap r ． 2 0 1 3 Vo 1 ． 41 No ． 8 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 3 ． 0 8 ． 0 2 7 闭式液压系统补油泵参数的设计 王佃武 中煤科工集团太原研 究院 ，山西太原 0 3 0 0 0 6 摘要闭式液压系统中，补油泵的作用是补偿在工作 中由于泵、马达容积效率损失以及由冲洗冷却阀组中泄漏的流 量 ，补油泵的参数设计在闭式液压系统的设计中非常重要。通过综合分析多方因素，提出补油泵排量一般选取主泵排量的 2 0 ％ 一 2 5 ％，补油压力通常设定为 1 ． 5 2 ． 5 MP a 。 关键词闭式系统 ；补油泵 ；容积效率；泄漏 中图分类号T H1 3 7 文献标识码 A 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 3 8 0 7 7 2 De s i g n o f Cha r g e Pump’ S Pa r a me t e r i n Cl o s e d Hy d r a ul i c S y s t e m W ANG Di a n wu T a i y u a n R e s e a r c h I n s t i t u t e ， C h i n a C o a l T e c h n o l o g y a n d E n g i n e e r i n g G r o u p C o r p ． ， T a i y u a n S h a n x i 0 3 0 o O 6．C h i n a Ab s t r a c t I n c l o s e d h y d r a u l i c s y s t e m，t h e f u n c t i o n o f t h e c h a r g e p u mp wa s t o s u p p l e me n t t h e l o s s o f v o l u me e ffic i e n c y o f t h e p u mp a n d mo t o r ，an d t h e l e a k a g e fl o w i n f l u s h i n g o f c o o l i n g v a l v e s d u rin g o p e r a t i o n ．T h e d e s i g n o f c h arg e p u mp ’ S p ara me t e r Wa S v e r y i mp o r t a n t i n d e s i gn o f t h e c l o s e d h y d r a u l i c s y s t e m．B y an a l y z i n g a l l k i n d s o f f a c t o r s s y n the t i c a l l y ，i t i s p u t f o r wa r d t h a t t h e d i s p l a c e me n t o f c h a r g e p u mp i s s e l e c t e d c o mmo n l y a s 2 0 ％ 一2 5 ％o f the ma i n p u mp．a n d t h e p r e s s u r e i s s e t g e n e r all y a s 1 ． 52 ． 5 MP a ． Ke y wo r d s C l o s e d s y s t e m ；Ch a r g e p u mp； Vo l u me e ffic i e n c y ； L e ak a g e 在闭式液压系统中，液压泵输出的油液直接进入 执行元件，执行元件的回油直接与液压泵的吸油管相 连，工作液体在系统中进行封闭循环。这种液压系统 的结构紧凑、传动效率高、故障率低，这些特点使它 特别适应负荷变化剧烈和前进、倒退、制动频繁的工 程机械负荷工况，以及速度要求严格控制的工程机 械 。 但是闭式液压系统在工作中由于泵、马达容积效 率损失以及由冲洗冷却阀组 中泄漏的流量，不断有油 液消耗，为了补偿这些消耗 ，维持闭式液压系统的正 常工作 ，必须给系统及时补充油液而设置补油泵。 1 补油泵的作用 1 补偿闭式系统由于泄漏损失的油液 持续的高压油内泄是液压元件的固有属性，并且 随着泵 、马达排量 的增大而增大 。如 图 1 所示 ，补油 泵泵 出油液 流经单 向阀向系统低压侧补 油。 2 冷却和冲洗 回路 闭式系统持续的高压工作时 ，泵、马达 自身的内 泄量以及系统元件本身不足以带走系统高压产生的热 量 ，因而使系统温度升高。为降低温度 ，需要在系统 的低压侧通过补油阀组另外释放出一部分油液进行冷 却。马达工作时，马达进出油口的压差使充液换向阀 1 、 2 一 安 全 网3 一 补 油 泵 溢 流 阀4 一 冲 洗 挟 向 阀5 一 冲 洗 溢 流 阀 图 1 闭式系统的补油和冷却 4 梭阀置于接通低压侧的位置，马达工作后发热 的回油经梭阀4 、冲洗溢流阀 5和冷却器回油箱 ，这 样 ，补进 的是 冷油 ，排出的是热油 ，对 闭式系统进 行 了强制循环冷却，使回路中的油温保持在允许的范围 内。这部分油液同时有冲洗管路中因元件磨损而不断 产生的污染颗粒、并将其排出系统的作用。 3 向主泵或马达的控制系统提供先导控制油， 也可向其他的辅助系统提供油源，这种情况下安装一 个顺序阀即可保证主回路不受辅助回路影响，防止因 补油不足而停车。 4 提供补油压力 收稿 日期 2 0 1 2 0 2 2 7 作者简介王佃武 1 9 8 0 一 ，男 ，工程师，主要从事煤矿机械液压系统 的设计与研究工作。Em a i l w d w b o x 2 0 0 3 1 6 3 ． c o m。 7 8 机床与液压 第 4 1 卷 能在主泵的排量发生变化时保证容积式传动的响 应 ，除能提高系统的动作频率外 ，还能增加主泵进油 口处压力，防止大流量时产生气蚀，提高泵的工作转 速和传动装置的功率密度。 2 补油泵排量的计算 闭式 系统在工作 中不 断有液压 油泄漏 ，这些泄漏 主要由以下原因引起 1 泵、马达容积效率 引起 的泄漏 ； 2 冷却冲洗阀的排出流量； 3 伺服控 制系统的正常消耗。为了维持闭式系统正常工作，必 须及时补偿这些泄漏 和消耗 ，并且无 过多 能量浪 费 ， 所以闭式系统的补油量需要合理地配置。 计算补油泵的排量需要考虑多方面因素，比如 泵、马达的转速 ，系统工作压力 ，液压管路的排布， 伺服控制方式 ，冷却冲洗流量 ，以及元件由于磨损泄 漏量的加大等。综合考虑泵、马达泄漏量，冲洗油量 和伺服控制流量，补油泵排量一般选取主泵排量 的 2 0 ％ 一 2 5 ％，计算方法为泵、马达失效前容积效率 为 8 ％ ～ 9 ％ ，冲洗油量为系统流量 2 ％ 一3 ％ ，伺服 控制流量为系统流量 1 ％ ～ 2 ％，所以系统总泄漏流 量 为总流量 的 1 6 ％ ～1 8 ％ 2 ％ ～ 3 ％1 ％ 一 2 ％ 1 9 ％ 一 2 3 ％。补油泵为齿轮泵，一般串联于主泵 ，转 速与主泵相同，其容积效率约为 9 2 ％，所以补油泵 排量为系统流量 的 1 9 ％ 一2 3 ％／ 9 2 ％ 2 0 ％ 一 2 5％ 。 需要注意的是泵在低转速高压力的工况，补油 泵由于是齿轮泵 ，转速的降低使其容积效率下降很 快，常规选择的补油泵的补油量可能会小于泄漏量 而导致系统无法正常工作 。因此 ，如 果行走机 械 有此种工况要特别考虑 ，以选择较大排量 的补油 泵 。 3 补油压力的设定 理论上讲 ，补油压力越高，系统响应越快，补油 效果越好 。但是补油泵的存在势必会给系统带来额外 的能量损失，补油压力越高，能量损失越大。因此 ， 要优化设计闭式系统 ，必须合理设定补油压力。 补油压力的设定要做到以下几点 1 满足系统 正常工作所需 的最小 补油压力 不小 于 0 ． 7 M P a 以 获得较好的系统性能 ； 2 合理的能量损失。因此补 油压力通常设定为 1 ． 5 2 ． 5 MP a ，此时能量损失约为 总功率的2 ％ 一 3 ％，对传动装置效率影响不大。 补油压力决定了冲洗溢流阀的压力，为保证有充 足的油液通过冲洗阀，冲洗溢流阀压力值一般设定比 补油溢流阀压力低 0 ． 3～ 0 ． 5 M P a 。 4结束语 补油泵在闭式液压系统中作用非常重要，它的存 在保证了系统管路内油液充足、压力稳定，合理地选 择补油泵是设计和使用好 闭式液压系统的关键因素。 行走机械闭式系统中，补油泵排量一般选取主泵排量 的2 0 ％ ～ 2 5 ％ ，补油压力通常设定为 l - 5 2 ． 5 M P a 。 参考文献 【 1 】 姚怀新． 行走机械液压传动与控制[ M] ． 北京 人民交通 出版社 ， 2 0 0 1 ． 【 2 】 胡军科， 王华兵． 闭式液压泵 的种类与选型注意事项 [ J ] ． 建设机械技术与管理， 2 0 0 0 3 3 3 3 4 ． 【 3 】 安国宏． 闭式静液压传动的故障排除[ J ] ． 建筑机械化， 2 0 0 2 2 、 4 8 4 9 【 4 】 桑月仙． 闭式液压系统补油泵研究[ D ] ． 成都 西南交通 大学 。 2 0 1 0 ． 【 5 】王佃武， 曹琼琼， 袁宇明． 连续采煤机液压系统的设计改 进[ J ] ． 煤矿机械， 2 0 1 0 5 1 7 41 7 5 ． 上接第 7 3页 T t l t 2 t 3 0 ． 0 1 5 0 ． 0 2 2 0 ． 0 1 8 0 ． 0 5 5 s 1 1 因 为 寺 1 8 1 8 次 ／ s 1 0 9 0 9 0 ／ m i n 1 0 0 0／ m i n ，故所设计的液压系统 冲 切频率能满足设计要求。 3结论 作者提出的液压控制系统采用 2 D高频伺服阀作 为核心控制元件，响应频率高达 1 0 0 0 0 ／ m i n ，直接 通过改变 2 D高频数字阀的阀芯转速 ，也即改变阀芯 旋转速度驱动步进电机 1来改变整个液压系统的频 率，使得该液压系统更具柔性。该 2 D高频伺服阀直 接由步进电机驱动 ，无需 D ／ A转换，直接将输入信 号转换为与步数成比例的阀输出信号，实现了完全数 字控制，控制重复精度高、无滞环，系统结构简单。 此外该液压控制系统能设定冲头的上死点、下死点、 工作行程以及油缸输出载荷大小。 参考文献 【 1 】陈田玉， 陈玮， 王钦若， 等． 数控板材加工装备的关键技 术研究[ J ] ． 机床与液压 ， 2 0 0 6 1 1 4 3 4 6 ． 【 2 】 童小利 ， 吴百海， 肖体兵 ， 等． 新型复合四通逻辑阀控高 速数控冲压成型电液控制系统 [ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 5 1 1 6 56 7 ． 【 3 】 吴秀峰， 张婷婷， 周亚丽． 高速数控冲液压装置设计开发 [ J ] ． 装备 ， 2 0 0 7 3 4 1 4 2 ． 【 4 】 裴翔， 杨继隆 ， 郑家锦 ， 等． 直动式电液数字伺服阀性能 分析研究[ J ] ． 浙江工业大学学报， 2 0 0 1 3 3 0 3 3 ． 【 5 】易际研 ， 李胜 ， 阮健． 2 D数字伺服 阀的频响特性研究 [ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 9 ， 3 7 1 1 6 7 7 O ． 【 6 】陈立旦． 新型 2 D高频阀设计及性能分析 [ D] ． 杭州 浙 江工业大学 ， 2 0 0 8 ． 【 7 】徐梓斌， 李胜， 阮健． 2 D高频数字换向阀[ J ] ． 液压与气 动 ， 2 0 0 8 2 7 9 8 1 ．