2.4.3　基本参数的选择

(1)工作压力

不同类型和规格的液压泵,其额定压力也不同。液压泵的输出压力p_p应为执行元件所需压力p₁和系统进油路上的总压力损失∑Δp(包括管路的压力损失及控制阀的压力损失)之和,即

p_p≥p₁+∑Δp(2⁃26)

泵的输出压力不得超过样本上的额定压力。强调安全性、可靠性时,还应留有较大的余地:一般在固定设备中液压系统的正常工作压力可选择为泵额定压力的70%~80%;要求工作可靠性较高的系统或行走设备(如车辆与工程机械),其液压系统工作压力可选择为泵额定压力的50%~60%。

产品样本上的最高工作压力是短期冲击时允许的压力。如果每个循环中都发生冲击压力,泵的寿命就会显著缩短,甚至泵会损坏。

泵的最高压力与最高转速不宜同时使用,以延长泵的使用寿命。

(2)输出流量

液压泵的输出流量q_p与工况有关。液压泵的输出流量q_p应包括执行元件所需流量(有多个执行元件时由流量⁃时间循环图求出总流量)和各元件的泄漏量的总和,即一般可用下式加以确定

q_p≥K(∑q)_max(2⁃27)

式中　K——系统的泄漏系数,一般取1.1~1.3(大流量取小值,小流量取大值);

　　(∑q)_max——同时动作的液压执行元件的最大流量,m3/s。

对于工作过程始终用流量阀节流调速的系统,尚需加上溢流阀的最小溢流量,一般取2~3L/min。有时还需考虑电动机失转(通常1r/s左右)引起的流量减少量、液压泵长期使用后效率降低(通常5%~7%)引起的流量减少量。样本上往往给出排量、转速范围及典型转速不同压力下的输出流量。

(3)原动机

原动机有电动机和内燃机两种形式,固定设备的液压系统,其液压泵通常用电动机驱动。而行走机械的液压系统,大多用内燃机驱动液压泵。

① 对电动机的要求。

a.电动机的类型。由于液压泵通常在空载下启动,故对电动机的启动转矩没有过高要求,负荷变化比较平稳,启动次数不多,因此可以采用Y系列笼型异步电动机。液压系统功率较大而电网容量不大时,可采用绕线转子电动机。对于采用变频调节流量方案的液压泵,则应采用变频器控制的交流异步电动机驱动液压泵。

液压泵的工作环境不同,对其驱动电动机的防护类型要求也不同:清洁、干燥环境下宜采用开启式电动机(防护标志为IP11)驱动;较清洁干净的环境宜采用防护式电动机(防护标志为IP22和IP23)驱动;潮湿、多尘埃、高温、有腐蚀性或易受风雨的环境宜采用封闭式电动机(防护标志为IP44)驱动;易爆危险环境下宜采用防爆式电动机(如dⅡCT4)驱动。

b.电动机的转速。应与液压泵的转速相适应。电动机与液压泵之间通常采用联轴器连接,电动机的转速应在液压泵的最佳转速范围内,否则会使液压泵的效率下降。

容量(功率)相同的同类型电动机,通常有不同的转速供选用。低转速电动机的磁极对数多,外形尺寸及重量都较大,价格高,且要求泵有较大排量(在流量一定情况下);而高转速电动机则相反。因此,电动机的转速应与泵的流量、排量等一起综合考虑。

c.电动机的功率。当液压泵在额定压力和流量下工作时,可按液压泵产品样本中的液压泵的驱动功率来选择电动机的功率。

若液压泵在其他压力和流量下工作,电动机的功率可由式(2⁃28)计算得,并选择合适的电动机。

P= (kW)(2⁃28)

式中　Δp——液压泵的进出口压力差(当泵的进口压力近似为零时,可用泵的出口工作压力p来代替Δp),MPa;

　　q——液压泵的流量,L/min;

　　η——液压泵的总效率,%。

如果液压泵的驱动功率变化较大,则应分别算出各工作阶段所需功率,再按式(2⁃29)算出平均功率P_cp,然后确定液压泵的驱动功率。由于电动机可以在短时间内超负荷运行,所以电动机的功率只要比上述计算出的平均功率大,且其中最大功率不大于电动机额定功率的1.25倍即可。

(kW)(2⁃29)

式中　Pi——多个工作循环中第i工作阶段所需功率,kW;

　　ti——第i工作阶段的持续时间,s。

对于工程中经常采用的双联泵供油的快慢速交替循环系统,应分别计算快速和慢速两个工作阶段的驱动功率。多联泵中的第一联泵应比第二联泵能承受较高的负荷(压力×流量);多联泵总负荷不能超过泵的轴伸所能承受的转矩。

② 对内燃机的要求。

当液压泵用内燃机驱动时,有两种不同情况:其一是液压泵仅是内燃机驱动负载的一部分;其二是内燃机的全部功率用于驱动液压泵。

a.当液压泵仅是内燃机驱动负载的一部分时,内燃机的功率大,总能满足液压泵所需功率。内燃机的转速应与液压泵的最佳转速相匹配。高速内燃机通常要有减速装置,使液压泵在最佳转速范围内工作。

b.内燃机的全部功率用于驱动液压泵的系统称为全液压驱动系统。车辆与行走机械的全液压驱动系统通常采用变量泵或变量马达的容积调速系统来满足行走机械速度变化大的要求。内燃机的最大转速应满足系统要求的最大流量,且不超过液压泵的最高允许转速。如果内燃机转速过高,则应设置减速装置。内燃机的最大功率应略大于液压系统要求的最大功率。

(4)转速和排量

转速关联着泵的寿命、耐久性、气穴及噪声等。虽然产品技术规格表中标明了允许的转速范围,但最好是在与用途相适应的最佳转速下使用,不得超过最高转速。特别是用内燃机驱动液压泵的情况下,油温低时若低速则吸油困难,有因润滑不良引起卡咬失效的危险,而高速下则要考虑产生汽蚀、振动、异常磨损、流量不稳定等现象的可能性。转速剧烈变动还对泵内部零件的强度有很大影响。

在系统所需流量已知的情况下,液压泵的转速应与排量综合考虑。通常,应首先根据系统所需流量q_v(L/min)和初选的液压泵转速n₁(r/min)及泵的容积效率η_V(可根据产品样本或取为η_V=0.9)计算排量参考值,即

V_g=(2⁃30)

对于定量泵,最终选择的泵流量应尽可能与系统所需流量相符,以免功率损失过大。

(5)效率

泵的效率值是泵质量好坏的体现。压力越高、转速越低,则泵的容积效率越低。变量泵排量调小时容积效率降低。转速恒定时泵的总效率在某个压力下最高,变量泵的总效率在某个排量、某个压力下最高。泵的总效率对液压系统的效率有很大影响,应该选择效率高的泵,并尽量使泵工作在高效工况区。