功率回收型液压泵试验台的设计与制造.pdf

液 压 动 与 密 封 ／ 20 1 5- r- - 3 l 1 1 期 d o i l O ．3 9 6 9 4 ．is s n ． 1 0 0 8 0 8 1 3 ．2 0 1 5 ． 1 1 ．0 2 4 功率回收型液压泵试验台的设计与制造 王文凯， 宫景瑞 ， 刘玉峰， -- -e 忠 太重集团榆次液压工业 济南 有限公司， 山东 济南 2 5 0 1 o o 摘要 一般来说 ， 液压泵出厂试验、 型式试验及寿命试验使用的试验设备， 其驱动功率是 由被试泵所能产生和达到的功率所决定 的。在进行试验项 目测试时， 泵所产生的压力能不是来做功 ， 而是要经过节流或溢流加载的方式转换成热能或其他形式来把它消耗 掉。在液压试验台的设计和制造中， 能否对这部分能量进行回收和利用， 而不是任其被动消耗， 这是该文要讨论和解决的问题。 关键词 功率回收； 机械量反馈； 泵试验台； 节能 中图分类号 T H1 3 7 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 8 一 O 8 1 3 2 0 1 5 1 1 - 0 0 7 4 - 0 4 De s i g n M a n u f a c t u r i n g o f Hy d r a u l i c P u mp T e s t ． b e d wi t h P o we r Re c o v e r y W A NG W e n k a L G O NGJ i n g - r u i , L I U Y u -f e n g , MA Z h o n g T a i y u a n He a v y Ma c h i n e r y G r o u p Y u c i Hy d r a u l i c J i n a n C o ， L t d ． J i n a n 2 5 0 1 0 0 ， C h i n a Abs t r a c t As a r u l e ， T h e t e s t e q u i p me n t wh i c h b e u s e d i n h y d r a u l i c p u mp’ S f a c t o r y t e s t ， t y p e t e s t a n d l i f e t e s t ， I t ’ S d r i v i n g p o we r i s d e t e r - mi n e d b y t h e p e a k e n e r g y o f t e s t e d P u mp ． I n t e s t r u n ， t h e p u mp’ S p r e s s u r e e n e r g y i s n o t f o r wo r k i n g ， b u t f o r t r a n s f o r mi n g i n t o h e a t e n e r g y o r o the r f o r ms b y t h r o t t l i n g o r o v e r f l o w l o a d i n g ． Th e r e i s a p r o b l e m i n d e s i g n a n d f a b r i c a t i o n o f h y dra u l i c p u mp t e s t - b e d t h a l i s wh e t h e r t h i s p a r t o f the e n e r gy c a n b e r e c l a i me d a n d r e u s e d r a t h e r than c o n s um e d p a s s i v e l y ． Th i s p a p e r wi l l d i s c u s s a n d s o l v e t h i s p r o b l e m． Ke y wo r d s p o we r r e c o v e r y； me c h a n i c a l f e e d b a c k ； p u mp t e s the d ； e n e r g y s a v i n g O 引言 液压泵出厂前要经过出厂试验， 液压泵的改型与 创新要经过性能试验 ， 液压泵的可靠性与寿命需要经 过长时间的满载、 超载和冲击试验。而这些试验都需 要在专门的泵试验台上来完成。我们知道 ， 液压泵是 一 个能量转换元件 ， 给它输入的是机械能 转速和转 矩 ， 而输 出的是压力能 流量和压力 。 对液压泵试验台来说， 首先要有一套用来提供功 率参数 转速 专 矩 可调节的、 其最大功率大于被试验 对象液压功率 流量 压力 的驱动装置， 一般该装置由 主驱动电动机来完成， 这就意味着试验台主电机的装 机容量必须大于被试对象的输出功率。 被试液压泵所输出的压力油不是到执行机构去做 功 ， 而是经出 口回路上的溢流阀或节流来实现加载 ， 液 压泵所输出的全部能量 压力和流量 的乘积 就会转换 成热能白白消耗掉。尤其是对高压泵进行满载、 超载 和寿命试验时， 损耗掉的电能非常巨大， 同时这些能量 又转换成热能危害整个试验设备和系统， 至使许多液 压泵生产厂家尽可能减小满载和超载试验的时间， 而 收稿 日期 2 0 1 5 0 5 2 7 作者简介 王文凯 1 9 7 0 一 ， 男， 河北任丘人， 工程师， 学士， 主要从事机 电液设备及控制技术方面的研究与制造。 7 4 不轻易进行液压泵的寿命试验。 为减低液压泵 尤其是高压泵 试验过程中的试验 成本 ， 人们一直在探索和研究功率回收型的泵、 马达试 验装置。早在3 0 年前， 兰州理工大学那成烈教授就发 表专门文章 油泵、 油马达功率回收试验原理与参数计 算 ， 阐述了各种功率回收方法和优缺点， 这篇文章的 一 个要点 是把 同 排量 规 格 的液压 泵和马达互 为负 载， 由主电机和辅助泵来补偿被试泵和马达由于总效 率带来的损失功率。这些试验方法和原理从分析研究 的角度无疑是正确的， 但是国内制造厂家的实际生产 的泵和马达的规格很难配套， 成对试验难于实现 ， 功率 回收技术在泵马达出厂试 验台 、 型式试验 台和寿命试 验 台中的应用还不多。笔者认为之所以应用不多的一 个 原因是 国内制造厂家过多重视 了相关液压泵 、 马达 试验方面的国家标准中的条款要求， 而轻视了试验功 率浪费所带来 的间接成本增加 。 我公司在对 高压柱塞泵试验台 设计制造项 目 中， 充分分析了各种功率回收方案的优缺点， 仔细阅读 和学习了国家行业标准J B 厂 I 7 0 4 3 2 0 0 6 液压轴向柱塞 泵 等文献 ， 将机械补偿式功率回收技术成功应用于大 功率泵的型式试验和寿命试验设备中。 1 液压泵试验台功率回收原理 图1 是液压泵试验台功率回收原理图。 量 容、 方法在相关国家标准中有详尽的要求和规定。图2 是针对排量在 1 0 0 2 5 0 m L ／ r 、 最高工作压力为4 0 M P a 的柱塞泵而设计制造 的试验 台的液压原理图。 由图2 可见 ， 试验台由试验台架、 加载 回路 、 功率回 收马达控制回路、 油箱及其他辅助回路 图中未表示 等部分组成。下面就图 2 中已表示的部分作一说 明。 1 试验台架部分 台架为焊接件 ， 焊接成型后整体进行回火处理， 而 后再经过喷丸处理 ， 最后 机加 工到设计所要求 的尺寸 精度 ， 台架上表面的平面度要求在一米尺寸内不超过 0． 0 5 0mm 。 台架上面安置着变频电机、 转速转矩传感器、 功率 回收马达， 被试泵通过轴套和同轴法兰与驱动轴连接， 泵轴与驱动轴的同轴度应保证在0 ．0 4 0 m m以内。 1 一 变频 电机2 一 被试泵3 一 加载溢流 阀4 一 液压马达 图1液压泵试验台功率回收原理 主驱动电机 1 为双出轴 的变频 电机 ， 一端与泵轴连 接来驱动被试泵， 一端与液压马达的输出轴连接受马 达输出的机械能。被试泵2 所输出的流量q ， 一部分经 加载溢流阀3 溢流回油箱 ， 另一部分到达液压马达4 的 进 口， 作为给马达输人的压力能， 马达的输出的机械能 能又帮助变频电机来产生转矩。显然 ， 这样的机械和 油路连接方式就构成了典型的机械量反馈式功率回收 系统 。 从 回路可直观看出， 由泵出口、 溢流阀进口和马达 进 口形成 了一个封 闭的压力容腔 ， 溢流 阀有溢流量 的 情况下 ， 该容腔的压力才可能调节。所以该功率回收 系统能够正常工作的必要条件是 Q 0 1 同时还需满足条件 q q q 2 式中 q 被试验输出流量； q 通过加载溢流阀的溢流量； p m _ _ 一 进人液压马达的流量。 液压马达的输出轴与主驱动电机同轴 ， 显然是同 转速的。要满足上述条件的就转换成了被试泵排量与 功率回收马达排量之间的关系， 由 2 式可得 V s 凡 V m n Q y 3 式中 被试泵 的排量 ； 。 回收马达 的排量 。 根据经验， 取Q 0 ．2 P ， 带入 3 式可得 V m 0 ． 8 V s 4 公式 4 表明， 只要合理的调整回收马达的排量， 使回收马达的排量与被试泵的排量比值在O ．8 左右， 就 可满足本功率回收系统基本工作条件。 由于被试验泵和回收马达的容积效率都在影响着 功率 回收系统的工作条件 ， 如果泵的容积效率小于 O ．8 5 时， 回收马达的排量应适当降低。 2 功率 回收型泵试验 台液压 系统工作 原理 实际的液压泵试验 ， 特别是驱动功率大于7 5 k W的 试验台， 除了要考虑应用功率回收技术外， 更重要的是 要 能够对被试泵进行全性 能试验 ， 液压泵试验项 目内 1 一 功率 回收马达2 一 变频 电机3 一 转速转矩测量仪4 一 被试泵 5 一 电掖换向阀 6 一 电磁溢流阀 7 一 高压过滤器 8 一 比例节流阀 9 一 电液换向阀l 0 一 插装式溢流阀1 卜电磁换向阀1 2 一 先导调压阀 1 3 一 插装式溢流阀1 4 一 先导比例调压阀1 5 一 流量计 图2 液压泵试验台液压系统原理 2 加载 回路 为保护试验试验台中的测试仪表和延长试验台本 身的使用寿命 ， 设置了两条并联的加载回路。第一条 由比例节流 阀 8 、 插装 式溢流 阀 1 3 、 比例先导 调压 阀 1 4 、 流量计 1 5 等元件构成了性能测试回路。在进行诸 如排量验证 、 容积效率 、 总效 率 、 变量特性等项 目测试 时使用第一条 回路 。第二条 回路 由液动 阀9 、 插装式溢 流阀1 O 、 手动调压阀 1 4 等元件构成。在进行冲击 、 满 载、 超载和寿命试验时使用第二条回路。 3 功率回收马达的供油和控制回路 7 5 液 压 气 动 与 密 封 ／2 0 1 5习_- j 1 1期 该回路由电液换向阀5 、 电磁溢流阀6 、 单向阀等元 件构成。单向阀的作用是选择要回收的压力能来 自 那 一 条加载回路 ； 电液换 向阀用来改变 回收马达 的转向 ， 这个转 向必须 与变频 电机 的转 向相同 ； 电磁溢流 阀用 来确定马达是否投入回收功能。 4 为闭式泵设置的试验 回路 为扩展试验 台的试验范 围 ， 本试验台 中设 置了闭 式 双向 泵的试验回路， 如图3 所示。 循环冷却泵 1 输出的油液与加载回路的回油合并 ， 经冷却器3 、 插装单向阀5 、 单向阀组8 后进入被试闭式 泵的进油口， 多余的油液经溢流阀4 溢流回油箱； 被试闭式泵的出油 口直接连接在加载回路的进口 “ J P ” 。这样 ， 利用加载回路的功能就可方便地进行闭 式泵的试验。 卜循环冷却泵2 一 溢流阀3 一 冷却 器4 一 电磁溢流 阀 5 一 插装式单向阀 6 一 电掖换向阀 7 一 被试泵 8 一 单向阀组 图3 试验台中的闭式泵试验回路 3 功率 回收型液压泵试验台测控原理 高压柱塞泵试验台的测控原理框图如图4 所示 。 采用 了西 门子的 S 1 2 0 变频器做 为 2 8 0 k W 主电机 的驱动， 采集控制部分采用贝加莱的P P C 控制器， 工控 机采用研华公司的I P C 一 6 1 0 H， 上位机软件采用西门子 的WI N C C 6 ． 2 。 动力间 内放有动力柜和控制柜 ， 其 中动力柜装有 S 1 2 0 变频器， 为2 8 0 k W主电机提供启动及调速控制， 控 制方式为闭环的矢量控制 ， 控制精度较高， 能达N 2 d m i n 。其中变频器的速度控制信号也来 自P P C ， 且通过 P r o fi b u s D P 通讯来实现的。 控制柜内装有 P P C 控制器及相应的采集模块 ， 贝 加莱的P P C 控制器兼有高速采集和P L C 逻辑运算处理 的功能。能够对试验台中的开关量、 模拟量及脉冲信 7 6 号进行采集及控制 ， 最快采集速度能达到 l m s ， 可根据 实际需 要进 行选 配 ， 完 全满 足 了试验 台 的动 态试 验 要求。 图 4 高压柱 塞泵试 验台测控原理框 图 测试间内放置有操控柜 ， 柜内装有工控机、 可触摸 式 显示 器 、 打 印机 、 键 盘 、 鼠标 等 。工 控 机 上装 有 WI N C C 软件与P C C 之间使用以太网通讯 ， 所有试验数 据均通过O P C 通讯到WI N C C 软件 ， WI N C C 组态软件通 过画面实现对试验台各试验状态的设置、 对试验数据 的读取和写入 ， 然后 通过 WI N C C内部 的 D D E实现 WI N C C 与E X C E L L 表格的通讯 ， 再对各项试验数据计 算处理 ， 绘制相应的试验 曲线 ， 完成所要求的试验 项 目。 4 功率回收效果分析 表 1 是 在 装 机容 量 2 8 O k W 高压 泵 试 验 台上 ， 对 2 5 0 m 排量泵进行试验时测得的一组数据。 表 1柱塞泵试验台功率回收数据 试验条件 不使用 功率回收 牟号 功率回收 马达投入 根据电功率计算 电机转速 加载压力 实测电 流 实捌电流 能量回收率 r ／ m l n 肝a A A ％ 1 1 5 0 0 1 O 1 2 9 9 3 0 2 8 1 5 0 0 l 5 1 7 8 1 2 0 O ． 3 3 3 1 5 0 0 2 0 2 3 2 l 4 7 0 ． 3 7 4 1 5 0 0 2 5 2 8 7 1 7 6 0 3 9 5 1 5 0 0 3 0 3 5 0 2 06 0 4 1 6 1 5 0 0 3 5 4 3 2 2 4 2 0 4 4 分析表中的数据， 可得出以下结论 1 功率回收率效果明显， 可达到4 0 ％以上。上表 数据 的试验条件是 被试验泵 的排量是 2 5 0 mr ， 回收 Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 1 1 ． 2 0 1 5 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 8 - 0 8 1 3 ． 2 0 1 5 ． 1 1 ． 0 2 5 某型飞机起落架液压收放装置泄漏分析及改进措施 张 威 ，廖 平 ，袁 理 ，冯 广 1 ． 中南大学机电工程学院， 湖南 长沙 4 1 0 0 8 3 ；2 ． 中航飞机起落架有限公司， 湖南 长沙 4 1 0 2 0 0 摘要 该文介绍了一种飞机起落架液压收放装置的基本原理和出现的故障 ， 并对故障进行了分析研究 ， 提出了改进设计方案， 对其 易出故障部位进行了优化设计， 为现代飞机收放作动筒同类故障提供了解决方向。 关键词 起落架 ； 收放装置 ； 泄漏 ； 密封 中图分类号 T H1 3 7 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 5 1 1 0 0 7 7 0 3 Ai r c r a f t La nd i n g Ge a r Re t r a c t i o n a n d Ex t e ns i o n De vi c e Le a ka g e An a l y s i s a n d I mp r o ve me n t s Z HANG Wei ， LI AO Pi n g ，YUAN Li 2 ，FENG Guan g 1 ． Co l l e a g e o f Me c h a n i c a l El e c t ric a l E n g i n e e rin g Ce n t r a l S o u t h Un i v e r c i t y， Ch a n g s h a 4 1 0 0 8 3 ， Ch i n a ； 2 ． L a n d i n g Ge a r A d v anc e d Ma n u f a c t u r i n g C o r p ， C h a n g s h a 4 1 0 2 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t T h i s a r t i c l e i n t r o d u c e s t h e b a s i c p r i n c i pl e o f s o me a i r c r a f t l a n d i n g g e a r h y d r a u l i c e x t e n s i o n an d r e tra c t i o n d e v i c e ， an d me n t i o n s the f a i l u r e o f the d e v i c e ． Th r o u g h a n a l y z i n g the f a i l ure r e a s o n s ， the i mp r o v e d p r o p o s a l wa s p u t f o r ward ， an d the f a l l i b l e p o s i t i o n s o f the d e - v i c e we r e o p t i mi z e d ． I t p r o v i d e s t h e s o l u t i o n for the s i mi l ar f a i l u r e o f the a i r c r a f t a c t u a t o r s ． Ke y wo r d s l a n d i n g g e ar； e x t e n s i o n a n d r e t r a c t i o n d e v i c e ； l e a k a g e ； s e a l O 前言 飞机在整个起飞、 着陆剖面内的交变载荷下 ， 飞机 起落架液压收放装置是用于飞机起飞离地后， 将起落 架及起落架舱门收起并上锁 ， 而在飞机着陆前， 控制起 收稿 日期 2 0 1 5 0 3 - 2 3 作者简介 张威 1 9 8 o 一 ， 男 ， 四川三台人 ， 高级工程师， 学士， 主要从事 飞机起落架系统设计。 落架放下并上锁的关键驱动部件。 通常， 飞机起落架收放装置包含舱门收放作动筒、 起落架收放作动筒， 若其出现故障， 将影响飞机能否安 全着陆， 甚至给飞机造成灾难性事故。因此， 起落架液 压收放装置好坏对起落架系统能否顺利完成其预定功 能至关重要。本文以某型飞机起落架液压系统舱门收 放作动筒出现泄漏故障为例 ， 分析研究其渗漏产生原 因， 并对其进行改进性设计。 马达的排量设置在 2 0 0 m L ／ r ， 转速设置在 1 5 0 0 r ／ m i n ， 负 载压力按 5 M P a 递增。从实测的电流数可见 ， 马达投入 后节省的功率不是呈线性的， 负载功率比较小时能量 回收率也 比较低 ； 当负载功率达到电机额定功率 的 7 5 ％时 ， 回收率可达到4 0 ％； 当负载功率超过电机额定 功率的8 0 ％时 ， 回收率可达到4 0 ％以上。这种现象主 要是由电机的负载特性所决定的。 2 提高功率回收率 ， 可适当增加变量马达的排 量。上表中马达的排量与泵排量的比值是 O ． 8 ， 如果被 试泵的容积效率较高， 可将比值设定到0 ． 8 5 0 ． 9 之间， 这样功率回收率可接近5 0 ％。 3 合理确定主驱动电机功率。普通液压泵试验 台的主驱动电机的功率是由被试泵所能产生和达到的 功率所决定的。例如对于2 5 0 m L ／ r 排量的泵在最高压 力4 0 MP a 、 最大转速 1 8 0 0 r ／ m i n 条件下试验， 其液压功率 就 达 到 3 0 0 k W， 那 那 么 就应 该 选 3 5 0 k W 的 电机 来驱 动。如果我们采用功率回收马达， 选择2 8 0 k W的电机， 驱动功率绰绰有余 ， 而且完全可以对大一个排量规格 如3 5 5 m L ／ r 的泵进行试验， 所以采用功率 回收方案 后， 能扩大试验台的使用范围。 4 溢流损失的减少延长了试验台本身的使用寿 命。不采用功率回收时， 被试验泵输出流量通过加载 溢流阀要全部溢流掉； 采用功率回收后， 溢流量是原来 的1 0 ％一 一 2 0 ％， 溢流损失的减少， 为防止油液老化、 延长 试验台本身的使用寿命 、 减小冷却功率都能起到明显 的作 用。 参考文献 [ 1 ]1 那成烈． ’油泵、 油马达功率回收原理与参数计算[ J 】 ． 液压技术 通讯 ， 1 9 7 7 ， 1 ． [ 2 ] J B ／ T 7 0 4 3 2 0 0 6 ， 液压轴向柱塞泵[ s 】 ． [ 3 ] J B ／ T 7 9 3 6 8 7 ， 液压泵、 马达空载排量测定方法[ s ] ． 77