生产流水线液压系统分组供油的理论与实践.pdf

2 0 1 4年 4月 第4 2卷 第 8期 机床与液压 MACHI NE T O0L HYDRAULI CS Ap r ． 2 01 4 Vo 1 ． 4 2 No ． 8 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 4 ． 0 8 ． 0 2 6 生产流水线液压系统分组供油的理论与实践 钟 文辉 云南铝业股份有限公 司，云南昆明 6 5 0 5 0 2 摘要对于多执行元件的生产流水线液压传动系统，分组供油是一种合理的选择。从分组供油需满足的基本要求出 发，研究了回路设计、油泵选型、排量计算、系统效率、基本参数的设计计算等重要问题 ，据此提出基于液压系统效率的 分组原则。并介绍了采用分组供油的方法，对浇铸生产线液压系统改造的成功实例，验证 了文中的结论，为生产线液压系 统的设计和改造提供参考。 关键词 分组供油；节流调速；系统效率 中图分类号 T H1 3 7 文献标识码 B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 4 8 0 7 7 4 The o r y a n d Pr a c t i c e o n Gr o u pi ng Oi l S up pl y o f Hy dr a u l i c S y s t e m i n Pr o du c t i o n Li ne ’ ZH0NG W e n h u i Y u n n a n A l u m i n i u m C o ． ，L t d ． ，K u n mi n g Y u n n a n 6 5 0 5 0 2 ，C h i n a Ab s t r a c t Gr o u p i n g o i l s u p p l y i s a r e a s o n a b l e s e l e c t i o n t o h y d r a u l i c p o w e r a c t u a t i n g s y s t e m i n mu l t i c o mp o n e n t p r o d u c t i o n l i n e ． Co n s i d e r i n g t h e b a s i c r e q u i r e me n t s o f g r o u p i n g o i l s u p p l y ， l o o p d e s i g n， o i l p u mp s e l e c t i o n ， d i s p l a c e me n t c alc u l a t i o n， s y s t e m e f f i c i e n c y ， d e s i g n c a l c u l a t i o n o f b a s i c p a r a me t e r s a n d S O o n we r e r e s e a r c h e d ． On t h e s e g r o u n d s ， g r o u p f o r mi n g c r i t e r i o n wa s c o me u p w i t h b a s e d o n h y d r a u l i c s y s t e m e f f i c i e n c y ． Us i n g t h e me t h o d o f gro u p i n g o i l s u p p l y ， a s u c c e s s f u l e x a mp l e o f h y d r a u l i c s y s t e m r e f o rm a t i o n i n c a s t i n g p r o d u c t i o n l i n e w a s i n t r o d u c e d， a n d t h e c o n c l u s i o n wa s v a l i d a t e d ． I t c a n b e u s e d f o r r e f e r e n c e i n t h e d e s i g n a n d r e for - ma ri o n o f h y d r a u l i c s y s t e m i n p r o d u c t i o n l i n e ． Ke y wo r d s G r o u p i n g o i l s u p p l y；T h r o t t l e g o v e r n o r ； S y s t e m e f fi c i e n c y 我国 自2 0世纪 8 0年代 以来 ，以引进、消化 、 吸收、再创新的方式 ，设计、投产了大量的各种生 产 流水线 ，许 多生产 线一 直 应用 至今 。随着 技 术 的 进步，生产线上广泛使用 的液压传动系统 ，或因提 高生产率 ，导致执行元件速度不够，要求增加供应 流量；或因工装、工艺改变工作负载加大，必须提 高供油压力。这就需要对生产线液压系统的油源部 分进行改造或重新设计。某公司浇铸站的特点是所 有执行元件共用一只油泵供油 ，执行元件多，而且 各执行元件的启、停时间，流量和工作压力运行时 段 区 间都 不 同。这 种方 式油 路简 单 ，但 油 泵 的流量 必 须按 照 工 作 循 环 内所 需 的最 大 流 量 选 配 。若 工 作循环内各时段 的流量需求差别很大 ，就会 出现 在某一时段流量大量富余 的情况 ，不利于充分发 挥油泵的能力 ，导致 系统效率低 、发热严 重 ，还 可 能 造成 执 行 元 件 之 间 的相 互 干 扰 ，经 常 出 现 不 同的故障。 经过分析，合理的做法是将执行元件按工况适当 分组，根据不同的要求各组分别配备一台油泵供油， 这样将接有助于获得最佳的传动性能，油路布局也比 较合理 。 1 分组供油的基本问题 1 ． 1 基本要求 分组供油需要考虑的问题很多 ， 但需要满足的基 本要求是不变的 ，主要有 以下几点 1 保证所有执行元件所需的压力、流量； 2 同时动作的执行元件互不干扰； 3 充分发挥油泵的潜能，尽量提高液压系统 的效率 。 1 ． 2液 压 回路 设计 由于是一台液压泵同时对多个执行元件供油，各 支路与油泵 只能采用并联 的形式 。考虑到各支路所需 的压力 、流量不可能相 同，为 了防止 同时动作 的执行 元件发生干扰，只能采用节流调速回路。用节流阀将 主油路与各支路隔离，并在主油路上设置溢流阀，防 止超压。典型油路如图 1 所示。 收稿 日期 2 0 1 21 2 2 6 作者简介 钟文辉 1 9 7 O 一 ，男 ，本科 ，工程师 ，研究方向为机械设计 。Em a i l z w h 6 2 6 3 ． c o rn1 6 3 ． c o m。 7 8 机床与液压 第 4 2卷 △ 图 1 用 1台液压泵供油的典型回路 1 ． 3油泵选型及调整 1 油泵选 型 在一般情况下，生产循环周期 内各时段工作所需 的流量不相同，甚至差别很大。若采用定量泵供油， 泵的流量只能按照所需 流量 最 大 的时段 来选 取 ，必然导致大多数时 段流量大量富余，系统 效率低下，发热严 重。 由此 可知 若 无特 殊 要 求 ，采用变量泵供油 比 较好。通常应采用恒压 变量泵供油，其输出特 性曲线如图2所示。 2 排量选用 图 2 恒压变量泵输 出特性曲线 一 般情况下 ，生产线工作周期内不同时段同时动 作的执行元件数量不会相同，故变量泵在各时段输出 的流量也是不同的。设在第 i 时段共有 r 个执行元件 同时工作，记此时段变量泵的输出流量为 Q 。 ，则有 Q Q 1 为保证所有执行元件的需要，油泵的流量应满 足 Q 。 ≥Q 。 2 式中Q 为变量泵的额定最大流量 ；Q p f m 为系统单 时段所需的最大流量。 考虑到泄漏的影响并留有余地，油泵排量按加大 1 0 ％选 用 。 m 3 式中n为电机转速。 2 压力设定 由于在任意时段油泵都工作在变量段 ，对于恒压 变量泵来说，油泵的工作压力近似为常数，从图 1 可 知，对任意支路来说都有 r p p ． P f A p f { 卸 p 一 P 4 【 p P p 一 △ p 式中 P 为第 i 条支路 的实际工作压力 ；△ p 为第 i 条支路的节流阀压力差。 为了减小能量损耗 ，△ p 越小越好。但为了保证 节流 阀的隔离功能，△ p 有 一个最小值 ，通 常取 △ p fm i 0 ． 51 M P a 。 由此可知恒压泵的工作压力应调定为 P 。 p f m 日 △ p f m i ， 5 系统中的溢流阀作为安全阀使用，其调整压力为 P p 。 1 2 MP a 6 1 ． 4 基于 系统效率的分组原则 为了降低运行成本，必需考虑分组与液压系统效率 的关系， 若分组不当，必然导致系统效率低下、发热严 重。为了简捷地讨论分组供油条件下液压系统的效率， 突出分组的影响，以下的讨论不计管路损失与泄漏。 观察图 1 ，对于任意一条支路都有 输入功率 N p 。 Q 7 输出功率 N p Q 8 支路液压系统效率 N r i P l Q l P l ， n 、 叼 p pQ i 一P p L 将式 4 代入有 旦 1 一 1 o 1 7 一 一 L Pp P p P p 从上式看出，最大效率出现在P 取最大值 或 △ p 最小值的支路上，其值为 f m 日 1一 A P i m i n 1 1 f m “ _ 一 一 L P ， p 根据式 5 ，系统的工作压力由工作压力最大 的支路来决定，各支路的节流阀压力损失不同，各支 路工作压力差别越大，系统的总效率就越低。若把负 载接近的执行元件划分在同一组，尽量降低组内的负 载压力差，就可以使得大多数的支路效率在等于或接 近 7 7 的工况运行，通过提高支路效率来提高整个系 统的效率。 根据式 2 ，油泵流量 由工作循环 内所需流量 最大的时段决定 ，故分组时应注意同组油缸直径大小 搭配、速度快慢搭配，避免各个时段流量大幅度波 动，尤其应避免油泵长时间零流量 ，使得在工作循环 内各时段的油泵流量差别最小 。 2 应用实例 某公司组装车间浇铸站液压系统共有 7只油缸， 工作循环及动作次序如图 3 所示。 第 8期 钟文辉 生产流水线液压系统分组供油的理论与实践 7 9 图3 某浇铸站液压系统7只油缸的工作循环及动作次序 此生产线 自1 9 9 9年投产以来运行状况 良好，后 因工艺及生产组织的变化 ，提高运行速度后 ，出现了 多缸动作时速度不稳定的现象 ，初步判断是油泵供油 量不足所致。根据油缸的速度要求 ，将油缸相关液压 参数计算如表 1 所示。 根据图3和表 1 ，得到系统工作循环内各时段的 流量变化曲线如图4所示。 农 1 液压参数计算 Q ／ L rai n 。 图4 上述系统工作循环内各时段的流量变化曲线 从图4可知系统所需最大流量出现在 t 一t 。 ， 时 段 ，Q b f m 2 6 0 ． 4 L ／ m i n 。 原有油泵电机组参数为排量 V 1 3 0 c m ；电机 额定转速 n 。 1 4 8 0 r ／ m i n ；电机额定功率 4 5 k W； 理论最大流量为 Q 。 1 3 0 X 1 4 8 0 1 0 一1 9 2 L ／ m i n 由于Q ≤Q 曲 ，流量明显不够。 若改为大排量的油泵供油 ，需要油泵的排量为 1 9 1 a m3 n 1 ． 系统最大有效工作压力 1 0 M P a ，取节流阀最小 压差 卸 1 M P a ，则油泵工作压力为 1 1 MP a ，由 此可得配用油泵电机功率为 1 ． 1 警 1 ． 1 4 7 ． 6 k w 新购这样规格的油泵及电机，本身就价格不菲， 原有的油泵电机组还得报废，成本太高。经研究，决 定增加一台小排量的油泵，采用分组供油的方案，为 了充分发挥原有油泵电 机组的效能， 将分组方案定为 I 组 油缸 1 、2 、3 、4 、5 Ⅱ 组 油缸 6 、7。 分组后，工作循环内各时段的组内流量变化曲线 如图 5 、图 6 所示 。 O ／ L rai n ’ 、 t l r 1 ． t 9 t n t l s f l I I I I I I I I L _ J I I l ‘ l - 一 ] 一 卜 一 1 _ 一 - 一 r L 一 一 ．1 L l l l 。 I l 0 一 图5 I 组流量循环 8 0 机床与液压 第 4 2卷 L rai n 图 6Ⅱ组 流量循 环 考察 两组 的流 量要 求 ， I组 的最 大 流量 为 1 2 0 L ／ m i n ， I I 组 的最大流量为 1 8 0 L ／ m i n ，1 1 组 刚好可 以 用原来的油泵供油 ，只需 为 I 组 配备新 的较小 规格泵 就可以 了，计算 如下 油泵排量 L 8 8。 m 3 根据产品样本可选 型号 A 7 V 5 5 D R 1 L P F的斜轴式 恒压变量泵， 其排量 V 1 0 7 c m 若工作速度允许略 微降低，可选 8 0 e m 标准排量的油泵 。 配 用 油 泵 电 机 功 率 lv p 1． 1 警 1 ． 1 2 2 k W，配用 电机 型号 为 Y 1 8 D L - 4 。 改造后液压系统油源部分的液压原理 图如图 7 所 示，有如下特点 1 两台油 泵 的出 口设有 3只高 压球 阀 ，正 常 状态球 阀 1 、3开启 ，球 阀 2 关 闭 ，形成泵 1 、泵 2对 I 组 、 Ⅱ组的分组供油 。 2 由于球阀 1 、2 、3的存在 ，两台泵 中的任意 一 台泵发生故障，另外一台可作为备用泵使用。例如 泵 1 发生故障，只需关闭球 阀 1 ，开启球 阀 2 ，就可 以在 短期 内由泵 2同时 向 I组 、 Ⅱ组 供 油 ，反 之 亦 然。这种设置，可在不停产 的状态下赢得维修时间， 系统应 急性 能好 。 3 设有 回油过滤 器 ，所 有 回油 经过 滤后 才 进 入油箱，可以长时间保持油箱内液压油的清洁，防止 因污染造成的液压系统故障。 图 7 改造后液压 系统 原理图 3结束语 系统改造完成后至今使用 已两年多，效果 良好 ， 达到 了预定 的技术 目标 。 参考文献 【 1 】 杨尚平 ， 杨晓玉， 朱炎周， 等． 基于负载匹配的节流调速 回路最大效率及计算模型[ J ] ． 机械科学与技术， 2 0 1 0 3 3 0 33 0 7 ． 【 2 】 余国城． 节流调速系统最佳工作压力的确定 [ J ] ． 起重 运输机械 ， 2 0 0 0 1 1 l 21 3 ． 【 3 】秦小宝， 谷峰， 张振考， 等． 恒压变量泵液压系统温升过 高的原因及解决措施[ J ] ． 机床与液压， 2 0 1 1 ， 3 9 1 8 1 1 4 1 1 5 l 一电机卜 比例变量泵卜 冷却器4 _吸油过滤器 5 一 转速 传感 器6 一 定 量马 达7 - 补油 泵 图4 装置的液压系统原理图 3结论 基 于马达驱动的流盘装 置集 机械 、 液压和电控技 术于一 体 ， 可以实现流盘的上下往复运动 ， 用于散货适 运水分 极限的检测。此设备 由于采用 马达 驱动 ， 输 出 功率变化范围较大， 因此可以适用于不同密度的散货。 目前此 设备 已经 用 于实验 室 检测 ， 运 行 平稳 ， 安全 可 靠。 参考文献 【 1 】韩俊松， 张晓慧． 论我国履行 国际海运固体散装货物 规则 的策略[ J ] ． 中国海事 ， 2 0 0 9 1 1 2 4 2 7 ． 【 2 】国际海事组织． 国际海运固体散装货物规则[ M] ． 【 3 】 力士乐公司． 力士乐电子项目概述[ M] ． 【 4 】 资新运， 郭峰． 电液比例变量泵控定量马达调速特性研 究[ J ] ． 工程机械 ， 2 0 0 7 7 4 5 4 8 ．