移动式数字液压泵站的研制.pdf

2 0 1 1年 1 2月 第 3 9卷 第 2 4期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAULI CS De c ． 2 0 1 1 V0 1 ． 3 9 No ． 2 4 DO I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 1 ． 2 4 ． 0 2 6 移动式数字液压泵站的研制 朱小明，隆跃进 上海豪高机电科技有限公司，上海 2 0 1 1 0 2 摘要移动式数字液压泵站适合非固定作业的场所，采用数字技术可以方便快捷地调整用户所需的流量和压力参数。 介绍 T D H P U 9 0 ／ 3 2型拖车数字液压泵站的研制过程 ，主要进行了液压原理设计与元辅件选择、电气系统设计和液压泵站的 布置。研制的数字液压泵站整体运行稳定，各项指标均达到要求。 关键词移动式；数字液压泵站 中图分类号 T H1 3 7 ． 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 2 4 0 7 1 4 Re s e a r c h a nd M a n u f a c t u r e o f M o bi l e - t y p e Di g i t a l Hy dr a u l i c S y s t e m Z HU Xi a o mi n g ，L ONG Yu e i i n H a o g a o Me c h a t r o n i c s T e c h n o l o g y S h a n g h a i C o ． ，L t d ． ， S h a n g h a i 2 0 1 1 0 2 ，C h i n a Ab s t r a c t Th e mo b i l e t y p e d i g i t a l h y d r a u l i c s y s t e m i s fi t f o r n o n fi x e d w o r k p l a c e ， a n d t h e fl o w a n d p r e s s u r e p a r a me t e r r e q u i r e d b y t h e u s e r c a n b e q u i c k l y a n d e a s i l y a d j u s t e d b y u s i n g d i g i t a l t e c h n o l o g y ．T h e r e s e a r c h and ma n u f a c t u ri n g p r o c e s s e s o f T D - H P U 9 0 ／ 3 2 mo b i l e t y p e d i g i t a l h y d r a u l i c s y s t e m we r e i n t r o d u c e d ． T h e ma i n w o r k i n c l u d e d t h e d e s i g n o f h y d r a u l i c p r i n c i p l e s ， s e l e c t i o n of t h e e l e me n t an d a c c e s s o ri e s ，d e s i g n o f t h e e l e c t ric a l s y s t e m a n d l a y o u t of t h e h y d r a u l i c s y s t e m． T h e d e s i g n e d mo b i l e t yp e d i g i t a l h y d r a u l i c s y s t e m mR s t a b l y ， a n d all t h e i n d e x a l e me t t h e r e q u i r e me n t s ． Ke y wo r d s Mo b i l e t y p e ； Di g i t al h y d r a u l i c s y s t e m 移动式数字液压泵站适合非固定作业的场所 ，采 用数字技术可以方便快捷地调整用户所需的流量和压 力参数 ，是一种方便 拖动、便于调节 的液压泵 站。 T D - H P U 9 0 ／ 3 2型拖车 数 字液 压泵 站 是 为满 足 用 户需 要而研制开发的一款移动式数字液压泵站，外型如图1 所示。T D - H P U 9 0 ／ 3 2型拖车数字液压泵站流量范围大， 压力等级高，核心部分采用美国 P A R K E R公司的 P V 系列轴向柱塞泵 ，流量 、压力均可数字 比例调节控制 ， 满足用户多种工况需要 。文 中介绍 T D H P U 9 0 ／ 3 2型拖 车数字液压泵站的研制过程。 图 1 T D HP U 9 0 ／ 3 2型拖车数字液压泵站外型图 1 T D HP U 9 0 ／ 3 2型拖车数字液压泵站的技术要求 根据用 户 的实 际需 要 ，经协 商 确认 T D ． H P U 9 0 ／ 3 2型拖车数字液压泵站 的技术要求如下 1 采用电机驱动，在任何 电网中能够确保 电 机的转向正确，当电机运转不正常时报警停机。 2 液压站整体集装于拖车上，被牵引行驶速 度不大于 5 k m ／ h 。 3 泵 站最大供 油压力 3 1 ． 5 M P a ，采用 数字 系 统设定系统的初始压力 ，并在工作过程 中实时调节系 统压力 ，压力设 定范围为 1 ～ 3 1 ． 5 M P a ，系统压力 实 时显示，压力过高报警停机。 4 最大供油流量 8 8 L ／ m i n ，采用数字系统设 定 系统的初始流量 ，并 在工作 过程 中实时调节系统流 量 ，流量设定范 围为 0～ 8 8 L ／ m i n 。 5 过 滤精度 达 到 N A S 7级 ；具 有过 滤 网堵 塞 报警功能。 6 典 型工况 为 3 1 ． 5 M P a 额 定压 力 下 ，额定 流量为 3 5 L ／ m i n ，系统 能够 连续 工作 1 h ，间 隔 0 ． 5 h ，保证液压油温度小于 5 5℃。油温实时显示 ， 油温过高报警。 7 空载时噪声不大于 5 5 d B ，在泵站流量为2 0 L ／ m i n ，额定压力下噪声不大于9 0 d B 。 8 系统介质采用 1 5号航空液压油。 收稿 日期 2 0 1 01 1 3 0 作者简介 朱小明 1 9 6 7 一 ，男，硕士，高级工程师，从事液压系统及液压元件的应用工作。 Ema i l z x m3 1 6 1 8 9 ． c n o 7 2 机床与液压 第 3 9卷 2 液压原理的确定与主要元附件的选择 要求，设计液压原理图如图2所示。 根据 T D H P U 9 0 ／ 3 2型 拖 车数 字液 压 泵站 的 技术 图2 T D - H P U 9 0 ／ 3 2型拖车数字液压泵站液压原理图 、 液压原理 图的主回路 由吸油过 滤器 9 、变量柱 塞 泵 2 4 、压力管路一级过滤器 3 0 ． 1 、压力管路二级过 滤器 3 0 ． 2 、单向阀 3 5 、安全阀 3 6 、卸荷电磁 阀4 7 、 蓄能器 3 9 、压力传感器 3 3 、高压球 阀3 4 、回油过滤 器2 7及管路等组成。另外还有油液精密过滤和油液 冷却的两个旁路回路。 为实现流量压力 比例调节，作者选用美 国 P A R K E R公司的 P V系列轴向柱塞泵，该系列轴向柱塞泵 最高压力可达 3 5 MP a ，且其技术成熟，压力大、效 率高、寿 命 长、噪声 小。液压 油泵 排 量 q8 8 1 4 8 01 0 0 00 ． 9 56 2 ． 6 m L ／ r ，所 以选 用 6 3规 格 的排量为 6 3 m L ／ r 的美国 P A R K E R公司的 P V系列轴 向柱塞泵 。 液压 站选 用 A C 3 8 0 V - 5 0 H z的 4级 A B B电机 ，电 机所需 功 率 P6 3 X 1 ． 4 83 1 ． 5 ／ 6 00 ． 9 5 4 ． 3 9 k W，故选用 5 5 k W 的立卧式 A B B的4级电机。 根据该 系统 的理论 流量 q6 31 ． 4 89 3 ． 2 4 L ／ m i n 。且为开式变量系统 ，系统本身移动、灵活性 l 一 设备 拖车 2 一拖车油箱 卜拖车 罩架 4 _ 电控 箱 5 “- - 工具箱 6 ---电缆 箱 7 一 油 管 箱 8 _ _ 放 油 球 阀 9 一吸 油 过滤 器 l O 一侧 清洗 盖 I l 一 液位 计 l 2 一 空 滤器 l 卜 液 位控 制 器 l 4 - _ 温度传感嚣 l 5 一上 清洗 盖 l 6 一 油冷 机吸 油 管 1 7 一 油冷机 出油 管 l 8 一油 冷机 1 过 滤机 出油管 2 O 一过 滤机 吸 油管 2 I 一 过 滤机 2 2 -- 主 泵吸 油 管 2 3 一 主 泵泄 漏 油管 2 4 一 柱 塞泵 2 5 一泵 电机 连 接部 件 2 6 -- 电机 2 7 一 回油过 滤 嚣 2 8 一测压接头 2 9 一泵出口管路 3 0 - -- 高压 过 滤器 3 1 一过滤器间连接管路 3 2 一 过滤 器 出 口管 路 3 3 -- 压 力传 感 器 3 4 -- 高 压球 阀 3 5 、3 8 _ _ 单 向阀 3 6 _ _ 溢 流 阀 3 7 一 球 阀 3 9 - --蓄 能嚣 4 0 - --压力表 4 l 、4 2 一快速接头 4 3 - --出油 软 管 4 4 --回油软管 4 s _ _ 流量 计 4 6 _ _ 电源 电缆 4 7 一卸荷数字阀 要求，故选用偏小容积油箱，油箱有效容积为最大流 量的4倍 ，即为4 9 3 ． 2 4 3 7 2 ． 9 6 L ；油箱总容积为 3 7 2 ． 9 6 ／ 0 ． 7 5 4 9 7 ． 2 8 L ，根据国家标准推荐油箱系 列 ，则选用5 0 0 L规格的方形油箱。 由于液压柱塞泵的柱塞数量有限，其流量和压力 脉动大，根据技术要求，系统需配备蓄能器 ，用于吸 收液压泵脉动。查 所选泵样本得泵单 缸排量 0 ． 0 0 0 0 0 7 I l l ，蓄能器最低压力 P ， 1 0 MP a ，蓄能器 最高压力P 2 3 1 ． 5 M P a ，蓄能器平均压力P p P ／ 2 2 0 ． 7 5 MP a ，泵缸指数 0 ． 5 ，蓄能器充气 指数 k 1 ． 4 ，计算蓄能器容积为 V o 1／k U， 、 ．U⋯ Z Z 3 L 一 A 一 根据隔膜式蓄能器规格系列，考虑富裕量 ，选用 0 ． 6 3 L规格的蓄能器。 在该系统的典型工况下 ，额定压力为 3 1 ． 5 M P a ， 第 2 4期 朱小明 等移动式数字液压泵站的研制 7 3 流量为 3 5 L ／ m i n ，电机输入功率为 P3 53 1 ． 5 ／ 6 00 ． 9 2 0 ． 5 k W，查 得液压泵效率 为 。 0 ． 9 5 ，一般液压 回路效率 叼 0 ． 9 3 ，一般液压执行 元件效率 0 ． 9 4，则系统发热总功率为 HP P 。 P 1一叼 。 叼 c 叼 M 2 0 ． 5 1 0 ． 9 5 0 ． 9 3 0 ． 9 4 3 ． 5 k W。液压 系统中产生 的热量 ， 一 部分使油温升高，一部分经油箱表面散发到空气 中。该系统油箱散热面积为A 3 m ，按油箱环境通 风条件差选取散热系数 K 0 ． 0 1 ，系统要求最高温度 T 1 5 5℃ ，环境 温度 4 0℃ ，则 油箱 的散 热功率 为 H o K A 一 0 ． 0 1 31 50 ． 4 5 k W。 要使系统能达到热平衡 ，则所选油冷机的冷却功率应 大于 3 ． 50 ． 4 53 ． 0 5 k W。选用 日本 大金公 司的 A K Z 3 2 8制冷式冷却机 自带循 环泵 ，冷却能 力 3 ． 2 k W 3 ． 0 5 k W，满足要求。 过滤系统采用进油过滤 二级高压过滤 回油过 滤 旁 路 超 精过 滤 的模 式。二 级 高压 过 滤 选 用 S T A U F F公 司 S F 0 7 0系列 的过滤器 ，第 一级选用 过滤 精度为 5 m的过 滤器 ，第二级选 用 3 m 的过滤 器 ， 保证系统高压出油口的油液高洁净度。旁路超精过滤 选用 3 R公司的 S E 1 0 0型旁路超精循环过滤机 自带 循环泵 ，保证了油箱内油液本身的高洁净度。 3 电气控制及其特点 T D ． H P U 9 0 ／ 3 2型拖 车数 字 液压 泵 站 电气 控 制 系 统采用集 中控 制方式 ，通过 三菱 P L C 、G O T和 P A R K E R数字控制器 P Q D Z Z ，所有电控集 中在一双层控 制柜内，强电、弱电分开布置。通过一集中操作面板 操作控制主油源回路、旁路冷却 回路和旁路过滤 回 路。T D ． H P U 9 0 ／ 3 2型拖车数字液压泵站强电部分电 气原理 图如 图 3所示。 图3 T D - H P U 9 0 ／ 3 2型拖车数字液压泵站强电部分电气原理图 控制内层安装板上装有断路器、变压器、热继电T D - H P U 9 0 ／ 3 2型拖车数字液压泵站 G O T主操作 器、中间继电器、熔断器、相序检测器等强电元件。 界面有 6个选择按钮，3个命令按钮，分别为定制模 外层安装面板上装有开关 电源、中间继电器、P L C、 式、流量模式、压力模式、功率模式、帮助说明、参 P Q D Z Z泵 控制驱 动等弱 电元 件。操作 面板上装 有 数设置、系统启动、滤油启动、冷却启动。 G O T 、指示灯、按钮等。T D - H P U 9 0 ／ 3 2型拖车数字液 定制模式用于选择进入定制模式控制方案，流量 压泵站 G O T主操作界面图如图4所示。 模式用于选择进入流量模式控制方案 ，压力模式用于 图4 T D H P U g 0 ／ 3 2型拖车数字液压泵站 G O T主操作界面图 选择进入压力模式控制方案 ，功率模式用于选择进入 功率模式控制方案，帮助说明用于选择进入系统相关 帮助说明 详细的使用说明书镶嵌其 中 ，参数设置 用于选择进入系统相关参数设置。 系统启动按钮用于系统主油泵启动与停止，滤油 启动按钮用于系统旁路滤油机的启动与停止，冷却启 7 4 机 床与液压 第 3 9卷 动按钮用于系统旁路油冷机的启动与停止。 电气控制系统 采用 日本三 菱 P L C控 制和 其 触摸 屏显示操作 ，P A R K E R公司 P V系列轴向柱塞泵集成 式的排量压力比例调节器电控模块和压力变送器 ，减 少了电控零部件和中间环节，增强了系统的可靠性； 控制过程的全封装，并实时数字化显示系统压力和温 度，使系统的运行参数更加直观，简化了操作过程。 采用了相序检测器，保证电机在任何电网下转向 不变。 任何操作模式下，实时压力和油液温度、理论流 量、连续工作时间均有数字显示。操作面板上左右各 有一个应急按钮，保证事故情况下可方便快速停机。 4液压泵站结构布置 T D ． H P U 9 0 ／ 3 2型拖车数字液压泵站结构上 由三 大部分组成，一是拖车油箱部分 ，二是液压 回路部 分 ，三是 电气 控制 部 分 。T D H P U 9 0 ／ 3 2型 拖 车数 字 液压泵站平面布置图如图5所示。 图5 T D ． H P U 9 0 ／ 3 2型拖车数字液压泵站平面布置图 液压站采用了油箱侧置、油泵电机及辅助部件旁 置的整体布局方案 ，各局部系统 自成一体便于维护使 用，并在元件选型上面考虑到结构整体也进行了匹配 优化，做到了结构紧凑、方便、可靠。设备整体集装 于拖 车上 ，车轮为橡胶轮 ，轮子直径不大 于 7 0 0 1“1 1 11 1 ， 能 自由转 向，能够被牵 引在水泥平整路 面上 行走 ，油 箱采用了预压式空滤器 ，保证了拖拉过程中油液不会 从油箱内溢出，整体美观，操作简便。结构上 自带了 工具放置箱和油管放置箱及电缆放置箱，方便了系统 的使用、保养和维护。 选用 了立卧式电机安装油泵 ， 液压泵通过柔性联轴器和电机相连，减少了振动和噪 声 。 5结 语 T D H P U 9 0 ／ 3 2型拖车数字液压泵站整体上采用 了移动平板车拖载电机柱塞泵系统 ，组成了一套移动 式泵站油源 ，可方便快捷被拖拉到使用现场。采用了 P A R K E R公司 P V系列轴向柱塞泵及其集成式的排量 压力比例调节器 ，额定压力高 ，压力调节响应速度 快，流量脉动低，效率高，噪声低，寿命长，性能稳 定可靠。操作系统采用 日本三菱触摸屏输入，通过操 作触摸屏软按键即可，并可直接输入要求的压力值和 流量值，数字化操作大大增强了系统的实用性和方便 性。采用了相序检测器 ，保证了电机在任何电网下转 向不变。采用了变频制冷式油冷却机 ，油液冷却具有 控制精度高、高效节能等优点。采用了 3 R超精过滤 机， 值和纳污容量大，能保证油液达到 N A s 7 8 级 ，甚至达到 N A s 5 6级 。设备整 体运行 状况稳定 ， 各项指标均达到要求。 参考文献 【 1 】 路甬祥． 液压气动技术手册[ M] ． 北京 机械工业出版 社 ， 2 0 0 2 ． 1 ． 【 2 】 雷天觉． 新编液压工程手册[ M] ． 北京 北京理工大学出 版社 ， 1 9 9 8 ． 1 2 ． 【 3 】 朱小明． 变频液压站的工作原理及其应用 [ J ] ． 液压气 动与密封 ， 2 0 0 7 6 - 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