闭式液压系统补油泵参数的设计

2013-03-20王佃武

机床与液压 2013年8期

王佃武

(中煤科工集团太原研究院，山西太原030006)

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

图1 闭式系统的补油和冷却

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

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20%～25%，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%～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(16%～18%+2%～3%+1%～2%)=19%～23%。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92%，所以补油泵排量为系统流量的(19%～23%)/92%=20%～25%。

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。