閉式液壓系統(tǒng)補(bǔ)油泵參數(shù)的設(shè)計(jì)

王佃武

(中煤科工集團(tuán)太原研究院，山西太原030006)

在閉式液壓系統(tǒng)中，液壓泵輸出的油液直接進(jìn)入執(zhí)行元件，執(zhí)行元件的回油直接與液壓泵的吸油管相連，工作液體在系統(tǒng)中進(jìn)行封閉循環(huán)。這種液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)效率高、故障率低，這些特點(diǎn)使它特別適應(yīng)負(fù)荷變化劇烈和前進(jìn)、倒退、制動(dòng)頻繁的工程機(jī)械負(fù)荷工況，以及速度要求嚴(yán)格控制的工程機(jī)械。

但是閉式液壓系統(tǒng)在工作中由于泵、馬達(dá)容積效率損失以及由沖洗冷卻閥組中泄漏的流量，不斷有油液消耗，為了補(bǔ)償這些消耗，維持閉式液壓系統(tǒng)的正常工作，必須給系統(tǒng)及時(shí)補(bǔ)充油液而設(shè)置補(bǔ)油泵。

1 補(bǔ)油泵的作用

(1)補(bǔ)償閉式系統(tǒng)由于泄漏損失的油液

持續(xù)的高壓油內(nèi)泄是液壓元件的固有屬性，并且隨著泵、馬達(dá)排量的增大而增大。如圖1所示，補(bǔ)油泵泵出油液流經(jīng)單向閥向系統(tǒng)低壓側(cè)補(bǔ)油。

(2)冷卻和沖洗回路

圖1 閉式系統(tǒng)的補(bǔ)油和冷卻

閉式系統(tǒng)持續(xù)的高壓工作時(shí)，泵、馬達(dá)自身的內(nèi)泄量以及系統(tǒng)元件本身不足以帶走系統(tǒng)高壓產(chǎn)生的熱量，因而使系統(tǒng)溫度升高。為降低溫度，需要在系統(tǒng)的低壓側(cè)通過(guò)補(bǔ)油閥組另外釋放出一部分油液進(jìn)行冷卻。馬達(dá)工作時(shí)，馬達(dá)進(jìn)出油口的壓差使充液換向閥4 (梭閥)置于接通低壓側(cè)的位置，馬達(dá)工作后發(fā)熱的回油經(jīng)梭閥4、沖洗溢流閥5 和冷卻器回油箱，這樣，補(bǔ)進(jìn)的是冷油，排出的是熱油，對(duì)閉式系統(tǒng)進(jìn)行了強(qiáng)制循環(huán)冷卻，使回路中的油溫保持在允許的范圍內(nèi)。這部分油液同時(shí)有沖洗管路中因元件磨損而不斷產(chǎn)生的污染顆粒、并將其排出系統(tǒng)的作用。

(3)向主泵或馬達(dá)的控制系統(tǒng)提供先導(dǎo)控制油，也可向其他的輔助系統(tǒng)提供油源，這種情況下安裝一個(gè)順序閥即可保證主回路不受輔助回路影響，防止因補(bǔ)油不足而停車。

(4)提供補(bǔ)油壓力

能在主泵的排量發(fā)生變化時(shí)保證容積式傳動(dòng)的響應(yīng)，除能提高系統(tǒng)的動(dòng)作頻率外，還能增加主泵進(jìn)油口處壓力，防止大流量時(shí)產(chǎn)生氣蝕，提高泵的工作轉(zhuǎn)速和傳動(dòng)裝置的功率密度。

2 補(bǔ)油泵排量的計(jì)算

閉式系統(tǒng)在工作中不斷有液壓油泄漏，這些泄漏主要由以下原因引起:(1)泵、馬達(dá)容積效率引起的泄漏;(2)冷卻沖洗閥的排出流量;(3)伺服控制系統(tǒng)的正常消耗。為了維持閉式系統(tǒng)正常工作，必須及時(shí)補(bǔ)償這些泄漏和消耗，并且無(wú)過(guò)多能量浪費(fèi)，所以閉式系統(tǒng)的補(bǔ)油量需要合理地配置。

計(jì)算補(bǔ)油泵的排量需要考慮多方面因素，比如泵、馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，系統(tǒng)工作壓力，液壓管路的排布，伺服控制方式，冷卻沖洗流量，以及元件由于磨損泄漏量的加大等。綜合考慮泵、馬達(dá)泄漏量，沖洗油量和伺服控制流量，補(bǔ)油泵排量一般選取主泵排量的20%～25%，計(jì)算方法為:泵、馬達(dá)失效前容積效率為8%～9%，沖洗油量為系統(tǒng)流量2%～3%，伺服控制流量為系統(tǒng)流量1%～2%，所以系統(tǒng)總泄漏流量為總流量的(16%～18%+2%～3%+1%～2%)=19%～23%。補(bǔ)油泵為齒輪泵，一般串聯(lián)于主泵，轉(zhuǎn)速與主泵相同，其容積效率約為92%，所以補(bǔ)油泵排量為系統(tǒng)流量的(19%～23%)/92%=20%～25%。

需要注意的是泵在低轉(zhuǎn)速高壓力的工況，補(bǔ)油泵由于是齒輪泵，轉(zhuǎn)速的降低使其容積效率下降很快，常規(guī)選擇的補(bǔ)油泵的補(bǔ)油量可能會(huì)小于泄漏量而導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法正常工作。因此，如果行走機(jī)械有此種工況要特別考慮，以選擇較大排量的補(bǔ)油泵。

3 補(bǔ)油壓力的設(shè)定

理論上講，補(bǔ)油壓力越高，系統(tǒng)響應(yīng)越快，補(bǔ)油效果越好。但是補(bǔ)油泵的存在勢(shì)必會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)額外的能量損失，補(bǔ)油壓力越高，能量損失越大。因此，要優(yōu)化設(shè)計(jì)閉式系統(tǒng)，必須合理設(shè)定補(bǔ)油壓力。

補(bǔ)油壓力的設(shè)定要做到以下幾點(diǎn):(1)滿足系統(tǒng)正常工作所需的最小補(bǔ)油壓力(不小于0.7 MPa)以獲得較好的系統(tǒng)性能;(2)合理的能量損失。因此補(bǔ)油壓力通常設(shè)定為1.5～2.5 MPa，此時(shí)能量損失約為總功率的2%～3%，對(duì)傳動(dòng)裝置效率影響不大。

補(bǔ)油壓力決定了沖洗溢流閥的壓力，為保證有充足的油液通過(guò)沖洗閥，沖洗溢流閥壓力值一般設(shè)定比補(bǔ)油溢流閥壓力低0.3～0.5 MPa。

4 結(jié)束語(yǔ)

補(bǔ)油泵在閉式液壓系統(tǒng)中作用非常重要，它的存在保證了系統(tǒng)管路內(nèi)油液充足、壓力穩(wěn)定，合理地選擇補(bǔ)油泵是設(shè)計(jì)和使用好閉式液壓系統(tǒng)的關(guān)鍵因素。行走機(jī)械閉式系統(tǒng)中，補(bǔ)油泵排量一般選取主泵排量的20%～25%，補(bǔ)油壓力通常設(shè)定為1.5～2.5 MPa。

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