液压动力单元特性分析

陈珊珊，潘国军

(1.浙江海洋学院萧山科技学院，浙江杭州311258;2.浙江广播电视大学，浙江杭州 310030)

液压动力单元特性分析

陈珊珊1，潘国军2

(1.浙江海洋学院萧山科技学院，浙江杭州311258;2.浙江广播电视大学，浙江杭州 310030)

液压动力单元主要由电机、油泵、集成阀块、外挂阀块、液压阀及各种液压附件 (如:蓄能器)等集合而成，已广泛应用于汽车工程、汽保设备、机床机具、仓储物流、医疗器械、建筑机械及生产线控制等行业。主要针对纯电动高空作业平台用的液压动力单元，通过分析其压力－流量特性、压力－电流特性、耐污染性能、耐久性能等，为高空作业车或其他行业选择液压动力单元提供了参考。

液压动力单元;特性分析

液压动力单元 (HPU)由电机、油泵、集成阀块、外挂阀块、液压阀及各种液压附件 (如:蓄能器)等集合而成。与实现同样原理要求的常规液压站相比，它具有结构紧凑、体积小、质量轻、效率高、性能可靠、外形美观、无泄漏、价格便宜等优点。目前该产品已广泛应用于汽车工程、汽保设备、机床机具、仓储物流、医疗器械、建筑机械及生产线控制等行业，正逐渐被越来越多的技术人员所认识并设计选用。但是与国外同类产品比较，还存在较大的不足，例如寿命短、容积效率低、噪声大等。为此作者实施了针对纯电动高空作业平台用液压动力单元的多项试验，为最终选定一款合格的液压动力单元提供一定的依据。

1 连续升降试验

高空作业车用液压动力单元主要具有如下特点:

(1)升降过程用液压动力单元控制，主要特点是压力大、流量大、升降动作具有间歇性。

(2)转向或驱动用液压动力单元控制，主要特点是压力较小、流量小、动作具有连续性。

针对以上特点，需对液压动力单元进行连续升降试验，确保在5次连续升降后，电机电刷的温度在电机规定等级之下。

1.1 连续升降试验

由于高空作业车使用24 V电瓶为电源供电，在使用过程中其电流一般为160 A，瞬时可能达到250 A，因此连续较长时间使用，电机发热就会超过它的绝缘等级。为明确其升温特性，现模拟高空作业车连续升降6个循环，如能在绝缘等级的温度要求之下，就认为其满足升温特性要求。高空作业车在升降过程中，液压动力单元压力一般是由小变大，随后减小且稳定在一定的值，如图1所示，最大的压力峰值大约为18 MPa。为了测试方便，同时假想更加恶劣的条件，动力单元直接与溢流阀连接，把溢流阀的压力调置为18 MPa，持续工作时间与上升时间相同，休息的时间与下降过程的时间相同，这样连续循环6次。在电机的电刷位置贴上T型温度传感器如图2所示，用记录仪记录电刷的温度如图3所示。根据绝缘等级为F的电机最高允许温度为155℃，6次连续升降后的温度为115℃，因此满足设计要求。

图1 上升压力特性曲线

图2 T型温度传感位置

1.2 性能测试

性能测试主要内容有:测定压力－流量曲线，测定压力－电流曲线，使一个动力单元能在不同型号的高空作业车上应用，为此设计了如图4所示的测试方案。

图4 性能测试方案

首先根据以上方案完成系统平台的搭建，如图5所示，闭合开关8、直流接触器4接通，直流电机得电，泵开始工作，此时将可调直流电源10调节至24 V，调节溢流阀15的压力，从2 MPa缓慢调节到18 MPa，在调节的过程中记录流量值、压力值和电流值。测得的压力－流量、压力－电流曲线如图6所示。

图5 实验测试图

图6 压力－流量，压力－电流曲线

从图中可以看出:当系统压力为18 MPa时，其流量为10 L/min，能满足多款高空作业车使用要求。

1.3 耐久性能试验

高空作业车的使用年限一般大于十年，而动力单元是其十分重要的部件，要求在十年使用过程中无故障，不影响正常工作。动力单元在使用过程中容积效率会降低，电机电刷会磨耗，磨耗后振动加剧常常伴随异响。因此耐久性能主要检测在耐久过程中有无异响、电机电刷的磨耗量、齿轮泵的容积效率等综合性能，以满足高空作业车使用年限的要求。为此设计了如图7所示的试验方案。

图7 耐久性测试方案

按耐久性试验方案搭建实验系统，将溢流阀2的压力调节至21 MPa，溢流阀6的压力调节至8 MPa，溢流阀7的压力调节至18 MPa，将直流电源电压调节至24 V，打开控制开关，液压动力单元1开始工作，换向阀4左位得电，此时系统压力为18 MPa，工作时间50 s，溢流阀6得电，此时系统压力为8 MPa，工作时间10 s，然后停泵休息1 min。连续工作5次后，停泵休息20 min。这个过程为一个循环，由程序控制。总共耐久次数为20 000次。

经过20 000次耐久后分解电机，其电机端盖如图8所示，在耐久过程中测量电机电刷的磨耗量如图9所示，可知电机磨耗在正常范围内。

图8 耐久后电机端盖图

图9 电刷磨耗图

1.4 耐污染性能测试

一方面由于高空车作业车在灰尘和粉尘较多的环境中工作，另一方面动力单元经过一段时间磨合后，会产生一定的杂质，而液压油的更换有一定的周期，因此要求动力单元在NAS12级的条件下，能正常工作一段时间，以满足高空作业车正常作业的需求。

2 总结

通过以上一系列的试验，最终选定了一款合格的动力单元，同时根据试验结果，要求厂家进一步保证其品质。文中研究内容为其他厂家选择液压动力提供了一套切实可行的试验方案。

【1】成大先.机械设计手册:单行本:液压控制［M］.5版.北京:化学工业出版社，2010.

【2】杨尔庄.环保节能和液压技术［J］.液压气动与密封，2005(5):7－15.

【3】冀宏.电动液压动力单元的一体化演变［J］.机床与液压，2011，39(10):117 －120.

【4】苏杭，刘延俊.液压与气压传动学习及实验指导［M］.北京:机械工业出版社，2007.

【5】冀宏，李志峰，王峥嵘，等.液压电机叶片泵样机的性能试验［J］.农业机械学报，2010(11):48－53.

【6】杨殿宝.实践中的绿色液压技术［J］.流体传动与控制，2011(5):51－54.

【7】李艳杰，付晓云.液压传动与控制系统的新型节能技术探讨［J］.沈阳理工大学学报，2010(6):38－42.

Analysis of Hydraulic Power Unit Characteristics

CHEN Shanshan1，PAN Guojun2
(1.Xiaoshan Campus，Zhejiang Ocean University，Hangzhou Zhejiang 311258，China;
2.Zhejiang Radio and Television University，Hangzhou Zhejiang 310030，China)

The hydraulic power unit(HPU)is integrated withmotors，oil pumps，integrated valve，plug valve block，hydraulic valves and a variety of hydraulic attachments(such as accumulators).Ithas been widely used in the industries of automotive engineering，auto maintenance equipment，machine tools，machinery，warehousing，logistics，medical equipment，construction machinery and production line control etc.Aiming at the HPU used in pure electric aerialwork platforms，its characteristics of pressureflow，pressure-current，and resistance to pollution and durability，and others，were analyzed.It provides references for selecting HPU for aerialwork vehicles or other industries.

Hydraulic power unit;Characteristics analysis

TH137

A

1001－3881(2013)8－068－3

10.3969/j.issn.1001 －3881.2013.08.024

2012－07－16

2012年浙江省教育厅项目 (Y201225121)

陈珊珊 (1978—)，女，硕士，讲师，主要从事机械设计、机械电子工程方面的研究及机电专业的教学工作。E－mail:syclf2073467@126.com。