集成型複合控制液壓泵

液壓泵    時間:2014-03-12 20:11:56
集成型複合控制液壓泵簡介
液壓傳動與傳統的機械傳動相比,具有傳動功率大、調節控制方便、傳動平穩、調速範圍……
集成型複合控制液壓泵正文

液壓傳動與傳統的機械傳動相比,具有傳動功率大、調節控制方便、傳動平穩、調速範圍廣等一系列優點,在現代機械特別是工程機械行業,越來越廣泛地使用液壓傳動,而液壓泵作為液壓系統的核心元件,其技術水平和性能的高低,在很大程度上決定了主機的整體性能和質量。
  由於柱塞泵可以達到很高的壓力和轉速,變數容易,結構緊湊,單位功率體積小等優點,在現代液壓傳動中,柱塞泵是使用最廣的液壓動力元件之一,從萬噸以上的重型液壓機到小型的液壓夾具,從一般工業用的固定式機械到行走車輛,從民用機械到軍用武器,都廣泛地使用了柱塞泵。絕大多數液壓元件本身都是相對很成熟的,但是為了提高柱塞泵的使用壽命和總體性能,工程師和相關的研究人員一直沒有停止對柱塞泵的改進,特別是軸向柱塞泵。
  挖掘機是建設工程施工中重要的設備,對於礦山企業、建築行業等是必不可少的,它使用的動力裝置就是軸向柱塞泵。挖掘機工作中要完成迴轉、斗桿、動臂、鏟斗、行走等動作,而且工作環境複雜惡劣,工作時功率很大。為了有效的利用發動機功率及提高工作性能,既需要實現複合運動,又需要對這些動作能夠進行調節,液壓挖掘機的液壓迴路從最初的單泵系統發展到如今的雙泵系統或者多泵系統。日本液壓挖掘機在這樣方面有著先進的技術優勢,其最大的優勢點就在於液壓傳動及控制系統。在液壓泵方面,國外公司的產品大量採用集成技術,一是將多台液壓泵集成為一體,簡化了主機傳動裝置,便於在主機上安裝和維修。二是在液壓泵的控制方面,改變了原來的單一的恆功率控制方式,將壓力截斷控制、交叉功率控制、負流量控制等集成於液壓泵,形成具有多種控制功能的複合控制系統以滿足挖掘機在節油、提高工作效率及工作平穩性方面的新要求。隨著電子控制技術的發展,在上述複合控制系統的基礎上,還出現了採用電液比例控制技術的變功率控制液壓泵,近年來,又出現了數字控制的挖掘機用液壓泵。
  近年來,我們雖然在提高產品的技術性能方面,也做了大量的工作,但與國外公司的產品相比,在集成度、性能穩定性和可靠性方面,仍存在較大的差距。我們的研究也是在借鑒國外液壓挖掘機的技術(主要是日本的產品)的基礎上進行改進,生產和國外同類產品性能相當的軸向柱塞泵,並形成成套的後續關於同類產品的研發能力。
  由於此種泵是在單獨的軸向柱塞泵的基礎發展起來的,所以普通軸向柱塞泵的設計方法都適合於此雙聯泵的設計,而關於斜軸式和斜盤式軸向柱塞泵的系統的設計方法也是比較成熟的。首先對液壓泵進行運動分析和受力分析以及關鍵摩擦副的油油膜分析,進行液壓泵各個部件的設計計算,主要是傳動軸、傳動齒輪的設計,以及缸體、配流盤支承結構優化設計。為了提高軸向柱塞泵的使用壽命,對軸向柱塞泵的關鍵摩擦副在材料上、結構上進行優化,提高潤滑油膜的質量,改善摩擦副的減摩抗磨性能,特別是通過結構上的改進,在配流盤處引入效果較好的輔助支承。在完成液壓泵傳動部分的設計的基礎上進行多泵集成設計,需解決將多台泵集成在一起的傳動鏈布局和受力優化設計問題,這裡主要是藉助SolidWorks三維繪圖軟體和CosmosWork分析軟體,既要保證各零部件有足夠的強度、壽命和良好的加工工藝性,又要使液壓泵的結構緊湊,便於安裝和維修。然後進行控制機構的分析、設計,這裡我們採用把交叉功率控制、負流量控制、變功率控制三種控制方式集成在一起的複合控制方式,發揮各自的優勢,達到最佳的控制效果。在設計過程中利用AMESim軟體進行複核控制方式的靜態和動態模擬,解決多種控制方式集成在一起時調節控制器的設計問題,以儘可能簡潔的方式實現多種控制方式的集成,並保證各種控制之間不會出現相互衝突,各種控制均具有良好的穩定性。最後對所設計的泵的性能測量結果和模擬結果對比表明,這種控制方式具有很好的控制效果,達到實際運用的要求,在未啟動負流量控制的情況下,兩個泵根據負載情況按總功率變數方式變數,雙泵壓力可能不相等,但排量一致,其功率可以通過調節比例電磁鐵的輸入電流在一定範圍內改變。如果在工作中,系統需要限制油泵所排出的流量,則可在負流量控制口輸入一定的控制壓力,油泵將按照控制壓力的高低,超越恆功率變數控制,將其排量減小到所需位置而實現按需供油。
  在雙聯泵本身設計完成以後,要對組成元件的加工工藝和裝配提出嚴格的要求,這在以前國內對於軸向柱塞泵的設計中是經常被忽略的,而實踐經驗表明,一個好的設計方法只有在合理的加工工藝的支持下才能發揮它的作用,所以這裡的加工和裝配是為了保證實際生產的泵能夠實現原始設計的性能和改進的效果。通過實際的試驗和測量表明,實際成產的泵基本實現了課題的要求,為後續研究奠定了基礎,也為此種泵後續的改進指明了方向。在後續研究中要進一步把液壓技術和電子技術結合,把計算機技術用於液壓系統,實現數字控制,提高液壓系統的集成度和穩定性。

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