对闭式液压系统补油泵研究

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学兔兔www.xuetutu.com第6期(总第163期)机械工程与自动化No．62010年12月MECHANICALENGINEERING＆AUT0MAT10NDec．文章编号：1672—6413(201O)06一()(]83一O3闭式液压系统补油泵研究桑月仙，于兰英，王国志(西南交通大学，四川成都610031)摘要：现阶段闭式液压系统已经成为液压行业的发展趋势之一，通过分析闭式液压系统的原理，阐述了补油泵在闭式液压系统中的作用。通过分析计算系统的发热功率，根据系统的热平衡得到补油泵流量的设计公式，对闭式液压系统的补油泵及油箱的设计有指导作用。关键词：闭式液压系统；补油泵；热平衡中图分类号：TH137．51文献标识码：A0引言由此可见，在闭式液压系统中补油泵的主要作用液压传动系统按照工作介质的循环方式，可分为分为以下4个方面：①补充液压泵及液压马达的泄漏开式系统和闭式系统。开式系统结构简单，但因油箱油液；②给控制系统提供压力及液压油；③维持主系内的油液直接与空气接触，空气易进入系统，导致工统回路的压力，增加主泵进油口处压力，防止大流量作机构运动不平稳并产生其他不良后果。在闭式系统时产生气蚀，可有效提高泵的转速和防止泵吸空；④中，液压泵输出的油液直接进入执行元件，执行元件将冷油补进系统，降低系统油温。的回油与液压泵的吸油管直接相连，工作液体在系统2补油泵补油压力的设计的管路中进行封闭循环。其结构紧凑，油液与空气接由于补油泵提供液压泵排量控制的液压油，所以触机会少，空气不易渗入系统，故传动较平稳。闭式补油泵的补油压力必须控制在一定范围内。若补油压系统通常采用双向变量液压泵，通过泵的变量改变主力过低，在系统压力出现波动的时候就容易出现控制油路中液压油的流量和方向，来实现执行机构的变速失压现象，而且补油压力基本是系统主油路低压侧的和换向，这种控制方式可以充分体现液压传动的优点。压力，若低压侧压力过低，就无法打开冲洗溢流阀对闭式液压驱动系统在工作中不断有油液泄漏，为马达壳体进行冲洗；反之，若补油压力过高，系统需了补充这些泄漏和消耗，维持闭式系统的正常工作，必求功率增加，效率降低，并且多余的油液要经过补油须给闭式系统及时补充油液。补油泵一般是定量齿轮溢流阀流到泵壳中，就会造成不必要的发热。泵，与主泵通轴驱动。控制压力并不需要太高，所以一般补油压力P为1补油泵的作用1．1MPa～3．4MPa。马达冲洗溢流阀的压力设定图1为典型闭式液压系统原理图。在闭式液压系一般低于补油压力0．6MPa～0．8MPa，以确保低压统中，泵和马达通过管道直接相连，通过改变泵的变侧压力油能够打开冲洗溢流阀阀口。量改变主油路中液压油的流量和方向，来实现马达的3补油泵补油量的设计变速和换向，减少了因为换向引起的压力波动。补油补油泵的流量过大，直接影响系统的使用效率；补泵通过补油单向阀向系统低压侧补油，同时补油泵又油泵的流量过小，直接影响系统的正常工作并导致系为液压泵排量控制阀提供控制油液。补油泵的流量远统过热(系统冷却流量过小)。在设计闭式液压系统时，大于系统的泄漏量，除了补充系统泄漏的油液外，还要有适当的补油量，使补油泵在每个工况下都有足够要补充因回路冲洗阀打开而失去的部分热油液，其余的液压油补进系统，并对系统油液及时冷却口]。油液全部通过补油溢流阀流经泵的壳体回到油箱。3．1闭式液压系统的发热功率计算收稿日期：2010-o4—20；修回日期：2010-06l8作者简介：桑月仙(1987一)，女，山东聊城人．在读硕士研究生，主要研究方向为闭式液压系统设计。 学兔兔www.xuetutu.com·84·机械工程与自动化2010年第6期闭式液压系统的发热功率主要由以下几部分组成。其中：为液压泵的排量，mI／r；为液压泵的转速，3．1．1液压泵的泄漏量及泵的发热功率r／rain；为液压泵的容积效率；为液压泵的机械效液压泵的泄漏量q(I／rain)及泵的发热功率P率；△户为液压泵进出口压力差，MPa。(kW)分别为：q1一Vpp×10。×(1—77)。⋯⋯⋯⋯⋯⋯(1)l一液压泵；2补油泵；3补油溢流阀；4一压力切断阀；5一高压溢流阀；6单向补油阀；7一冲洗溢流阀；8一回路冲洗阀；9一液压马达；10一流量控制阀图1典型闭式液压系统原理图3．1．2液压马达的泄漏量及马达发热功率溢流阀时产生的热量。液压马达的泄漏量q。(I／min)及马达发热功率Pz(1)在液压泵的样本中，可以查出控制机构的伺(kW)分别为：服油液体积，根据伺服油液体积及伺服行程时间可以×1O一。计算出控制机构需要的油量。排量控制阀的流量q，qz一—(I／min)及发热功率P(kw)的计算公式为：(1，)。⋯⋯(4)q一r一_。o⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯O，⋯⋯⋯⋯(6)其中：‰为液压马达的转速，r／rain；V为液压马达P4一n0⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(7)⋯的排量，mI／r；．为液压马达容积效率；⋯为液压马其中：为控制机构油液体积，I；t为控制行程时间，达的机械效率；△p为液压马达进出口压力差，MPa。s；印为补油液流阀压力，MPa。3．1．3管路损失产生的发热功率(2)冲洗溢流阀通过的液压油全部进入马达壳体，管路损失产生的发热功率P。(kW)为：对壳体进行冲洗，冲洗溢流阀的流量一般选择补油泵Pa=(qp)。．．．．．~OOQODOOQO~OO(5)冲刷壳体油量的一半。冲洗溢流阀流量q(I／rain)及其中：，为单根管道的长度，m；为管道内径，rn；发热功率P(kw)的计算公式为：为液流平均速度，m／s；10为液压油密度，kg／m。；为％一fno⋯⋯⋯⋯⋯⋯(8)、一沿程阻力系数；g9Ⅲ分别为液压泵、液压马达的实P一一qcxPcx际流量，I／rain。5—n0⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(9)⋯3．1．4通过液压阀时的发热量其中：户为冲洗溢流阀压力，MPa；qcp为补油泵出口闭式液压系统里的液压阀主要有回路冲洗阀、排流量，L／min。量控制阀、补油溢流阀、高压溢流阀、压力切断阀等。(3)补油泵的流量除了补充系统由于泄漏的流量，由于高压溢流阀及压力切断阀只有在系统超过设定压提供控制机构控制油液和冲洗溢流阀的冲洗油液，其力值时才会短时间开启，所以系统中液压阀损失的热余的油液全部通过补油溢流阀溢流到泵壳体中。冲洗量主要是液压油通过回路冲洗阀、排量控制阀、补油溢流阀通过的流量q(I／min)及发热功率Pe(kw)的 学兔兔www.xuetutu.com2010年第6期桑月仙，等：闭式液压系统补油泵研究·85·计算公式为：略补油泵补进油液的发热，有可能造成补油量不足、系q一qp--q1一g2一q一q。⋯⋯⋯⋯⋯⋯(10)统过热的情况。而本文在考虑了补油泵补进油液发热P6--q百byPcp功率的情况下得到了公式(16)，就可设计闭式液压系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。(11)统补油泵的必需流量，避免系统过热情况出现。将式(8)代入式(10)中可得：4闭式液压系统油箱的设计qby—q⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(12)闭式液压系统的散热量除散热器外主要考虑油箱整个液压系统的发热量为：散热。因为闭式液压系统结构紧凑，所以油箱在允许P一P1+P2+P。+P4+P5-t-P6。⋯⋯⋯(13)范围内尽量选择较小的容积。油液不仅要在油箱内冷3．2补油泵流量的计算却，更重要的是油液要在油箱中停留足够的时间用以根据对闭式液压系统的分析，补油泵补进系统凉析出空气和杂质。一般设计油液最少要在油箱内停留油，热油从液压泵、马达壳体中进入冷却器冷却后进30S。所以油箱里的油液在充满液压系统后至少要留入油箱。补进系统的油量与系统置换出来的热油油量有可以供补油泵30s吸油的油量。基本相等，系统达到热平衡状态后系统发热功率等于只要确定了液压泵及液压马达的型号，就可以通系统散热功率。对整套系统进行分析，系统的发热量过查找液压泵及马达的样本得知泵及马达壳体充油容主要由补油泵补人系统的凉油带走，尽管系统元件表积，而管道中的油液体积根据管道的长度和半径即可面也会散发一定的热量，但是相对于发热量这一部分算出。因此，闭式液压系统油箱的最小容积(I)为：散热量很小，一般认为属可忽略因素。因此，单位时—】+。十丁cd。×10。+。⋯⋯⋯间补人系统的凉油与系统内热油达到热平衡时所吸收厶的热量为系统的散热功率P。P(kw)由下式计算：⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(17)PL-Cpqcp(01--02)N10-a———～其中：为液压泵的充油容积，I；V。为液压马达的——⋯⋯⋯⋯⋯⋯。(14)充油容积，L；，z为补油泵的最高转速，r／rain；V为其中：c为液压油的比热容，kJ／(kg·C)；P为液压补油泵的排量，mI／r。油密度，kg／m。；0为从系统中置换出热油的温度，C；油箱的散热功率尸(kw)的计算方法为_3]：为补油泵补进系统的凉油的温度，C。尸=kA(z～00)。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(18)闭式液压系统正常工作的必要条件是系统处于热其中：k为油箱散热系数，w／(m·C)；0。为环境温平衡状态，即系统的发热功率等于系统的散热功率。因度，C；A为油箱有效散热面积，m。此可以得到下式：Pq=eL—Cpqcp(01--Oz))<10-3————————⋯⋯⋯⋯。(15)参考文献：[1]王文斌，林忠钦．机械设计手册[M]．北京：机械工业出版由于补油泵排量不可知，即冲洗溢流阀和补油溢社，2004．流阀的流量不可知，将式(7)～式(13)代人式(15)可得．[2]张士勇．闭式液压系统内油温分析EJ]．基建优化，2003，出下式：24(4)：53—54．60(P1+P2+P3)一(q1+q2+qr)户。一(q1+q2)户qrP[33张志友．闭式液压系统内油温的测算[J]．筑路机械与施Ce一02一pn--pcp工机械化，1999，16(3)：5—6．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(16)现有的闭式液压系统补油泵流量计算方法通常忽StudyonSlippagePumpinClosedHydraulicSystemSANGYue—xian，YULan—ying，WANGGuo—zhi(SouthwestJiaotongUniversity．Chengdu6l0031．China)Abstract：Throughanalyzingtheworkingprincipleofaclosedhydraulicsystem，thispaperintroducedtheimportantroleofslippagepumpinclosedhydraulicsystem．Byanalyzingtheheatingpowerofthesystem，basedontheprincipleofheatbalance，thepapergotthecomputationformulaofslippagepumpflow．TheresultscontributetOthedesignofslippagepumpandoiltankinclosedhydraulicsysterm．Keywords：closedhydraulicsystem；slippagepump；heatbalance