基于射流原理的液压泵补油装置特性研究.pdf

2 0 1 5年 4月 第 4 3 卷 第 8期 机床与液压 MACHI NE T O0L ＆ HYDRAULI CS Ap r ． 2 0 1 5 Vo 1 ． 4 3 No ． 8 DO I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 5 ． 0 8 ． 0 1 8 基于射流原理的液压泵补油装置特性研究 邓帆 。刘桓龙 ，于兰英 ，柯 坚，王国志 西南交通大学机械 工程学院，四川成都 6 1 0 0 3 1 摘要利用射流补油的方法 ，不仅能解决液压泵吸油不足的问题 ，也能将系统中的溢流能量回收利用，在改善泵的性 能同时，提高能源的利用率。利用 F L U E N T对射流补油装置进行仿真计算，研究各相关参数对射流补油装置的影响，得到 射流装置的最佳结构参数，使其能够拥有较大的引射 比。研究结果表明使用渐缩孔、大压差和小孔边距有利于装置 补油 。 关键词液压泵射流；吸油喷嘴 中图分类号 T H1 3 7 ． 5 3 文献标 志码 A 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 5 8 - 0 5 2 2 Ch a r a c t e r i s t i c s Re s e a r c h o f Hy d r a ul i c Pu mp’ S Oi l Co mp e ns a t i ng De v i c e Ba s e d o n t h e P r i n c i p l e o f J e t D ENG F a n，L I U Hu a n l o n g ，YU L a n y i n g，KE J i a n，WANG Gu o z h i C o l l e g e o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ，S o u t h w e s t J i a o t o n g U n i v e r s i t y ，C h e n g d u S i c h u a n 6 1 0 0 3 1 ， C h i n a A b s t r a c t U s i n g t h e m e t h o d o f j e t o i l s u p p l e m e n t ，n o t o n l y t h e p r o b l e m o f i n s u f fi c i e n t h y d r a u l i c p u mp o i l a b s o r p t i o n c a n b e s o l v e d，b u t a l s o o v e r fl o w e n e r g y c a n b e r e c y c l e d f r o m s y s t e m． S o t h e p e r f o r ma n c e o f t h e p u mp i s i mp r o v e d ，a n d t h e u t i l i z a t i o n o f e n e r g y i s i n c r e a s e d ． F L U E N T s o f t w a r e w a s u s e d t o s i m u l a t e a n d c a l c u l a t e ， t h e i n f l u e n c e o f t h e r e l a t e d p a r a m e t e r s t o t h e j e t o i l c o m p e n s a t i n g d e v i c e w a s s t u d i e d a n d t h e b e s t s t r u c t u r al p a r a me t e r s o f t h e j e t d e v i c e w e r e o b t a i n e d ．S o t h e d e v i c e c o u l d h a v e a l a r g e r e j e c t o r r a t i o ． T h e r e s e a r c h r e s u h s s h o w t h a t u s i n g g r a d u al s h r i n k a g e c a v i t y ，l a r g e p r e s s u r e d i f f e r e n c e a n d s ma l l h o l e marg i n a r e h e l p f u l f o r t h e d e v i c e t o a b s o r b o i l ． Ke y wo r d s Hy d r a u l i c p u mp；J e t ；O i l a b s o r p t i o n；No z z l e 液压泵对液压 系统 的重要 性与心 脏对 于人～样 ， 它能为液压系统提供源源不断的动能。但 为了满 足特 殊结构和性能 的使用需求 ，一些液 压泵具有一些 “ 先天性缺 陷” 吸油能力差 。吸油能力差 会 降低 泵的工作效率、产生气蚀现象、降低油液的流动性和 增大泵的噪声和振动等。为了解决这些问题，现代工 程机械运用 中已有很多方法来改善泵 的吸油能力 。比 如 ，为油箱配置增压 装置 、改 进液压 泵 吸油 口结 构 、 将泵放人油箱液压油 2 ／ 3高液面以下或缩 短吸油管 长 度和增大吸油管内径等。 前 人 的方法 虽然都 能 让液 压泵 的吸油 能力 得 到 改善 ，但 结构 或 系 统 改 变 较 多 ，所 需 改 进 成 本 较 大。为此 ，作者提出了射流引流的解决办法 ，射流 补油装置拥有结构简单 ，安装 、使用方便 ，成本低 廉等优点 。 1 原理 分析 射流补油装置的运行原理是将装置安装于液压泵 的吸油管路段 ，利用 系统 的溢流能量驱动装置来辅助 液压泵 吸油。这样可 以将 系统 中溢流 的能量 回收再利 用。以提高能源的利用率。补油装置的结构如 图 1 所示。 7 1 流接 口 图 1 补油装置 的结构原理图 补油装置 的作用就是利用高能量小流量流体 驱动 补油装置辅助液压泵 吸油 。以此防止液压泵吸空 。 补油装置高压油接 口与 系统 内的溢流 油液相 接 ， 用于驱动补油装置；当压力油通过喷嘴时，将会在喷 嘴出口处产生一个低压区 相对于大气压 ，引流接 口与油箱相接 ，油箱 内的液压油将会在大气压与喷嘴 出口低压的共同作用下被压入射流装置，并且在高速 流体 的带动下通过 出油 口送至液压泵 的吸油 口。液压 泵在补 油装置 的帮助下吸油能力将会得到改进 ．避免 了液压泵 由于供油不足而造成 的吸空 。 收稿 日期 2 0 1 4 0 3 2 8 作者 简介邓 帆 1 9 8 9 一 ，男 ，硕士研究生 ，研究方向为机械 电子一体化 。E - m a i l d e n g f a n 2 0 1 6 3 ． c o n。 9 2 机床与液压 第 4 3卷 升时 间为 7 5 m s ，一 3 d B的频 宽为 6 H z 。图 6为实测 阶跃响应 曲线 ，可见 阶跃 响应 的上升 时 间为 8 0 m s ， 一 3 d B的频宽为 5 ． 2 H z 。 图 6 实测阶跃响应 曲线 4 静动态特性的改善 采用瞬态 流量计 _ 8 实 现流 量 闭环 反 馈及 前 向通 道 P I D调节 改善 阀的静动态特性 。图 7为 比例 流量 阀 的闭环控制框 图。实测静动态特性 曲线如 图 3和 图 8 所示 。实测表 明输 出流量相对偏差最大为 0 ． 1 9 7 ％／ MP a 阶跃响应 的上升 时 间为 4 2 m s ，一 3 d B的频宽 为 1 2 Hz t l s 图8 改善后实测阶跃响应曲线 5结论 1 同轴式比例流量阀结构简单合理 ，工艺性 好 ，大大减少 了温度变化对流量变化 的影响 。 2 该阀有较好的静动态特性。而且通过采用 流量 闭环反 馈及 前 向通道 P I D调节 ，使 阀的静动 态 性 能得到进 一步提 高。 3 理论 分 析与实 验结 果一 致 ，为 阀 的优化 设 计 提供了理 论基础 。 参考文献 [ 1 ]易孟林 ， 曹树平， 刘银水． 电液控制技术[ M] ． 武汉 华中 科技 大学 出版社 ． 2 0 1 0 ． [ 2 ]许福玲， 陈尧明． 液压与气压传动[ M] ． 北京 机械工业 出版社 ． 2 0 0 8 ． [ 3 ]李玉林． 液压元件与系统设计[ M] ． 北京 北京航空航天 大学出版社 。 1 9 9 1 ． [ 4 ]王洁 ， 赵 晶． 液压元件 [ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 1 3 ． [ 5 ]黄卉， 程顺． 电液 比例方向流量阀的特性分析及应用 [ J ] ． 现代机械， 2 0 0 1 3 6 1 - 6 7 ． [ 6 ]苏金明， 王永利． MA T L A B 7 ． 0实用指南 上、 下册 [ M] ． 北京 电子工业 出版社 ， 2 0 0 4 ． [ 7 ]陈超． M A T L A B应用实例精讲 [ M] ． 北 京 电子工业 出版 社 ． 2 0 1 3 ． [ 8 ]王洁， 陈先惠． 瞬态流量计的研究[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 4 1 1 2 4 - 1 2 5 ． 上接 第 5 3页 3 ． 4装置油箱接 口位置的影响 为 了更真实地模拟出油箱接 口的不 同位置对补油 装置产生低压区的影响，仿真采用的物理模型如图 1 所示 。 将 孔 边 距 设 定 为 变 量 ，观察不 同孔 边距 产 生 的压力情况，在油箱接口 童 的入 口处 设 置 压 力 监 控 线 。设 置 人 口 压 力 为 1 MP a ，油 箱 入 口压 力 为 孔边 距 ／ m m 0 ． 1 MP a ，装 置 出 口压 力 图9 不同孔边距产生的 为 0 ． 1 M P a ，比较 监 控 线 最低压力图 上最 低压 力值 的大小来 判 断影 响。仿真计算结果 如图 9 所示 。 通过对 比图 9的数据后得 出 接油箱 的油管位置 越接近喷嘴 ，产生的压力 值越低 。所 以位置越靠近喷 嘴 ，补油装置的效果越好 。 4结 论 通过对射流装置各关键影响 因素进行分析 ，分别 得 出了各 因素对装置性能 的影响 。结论 如下 1 在相同 的边界 条 件下 ，喷 嘴直 径 越大 ，喷 嘴出 口压力越低 。但 当孔径大到一定程度时 ，出 口压 力反而增加 。 2 对拥有相同最小孔径 的渐扩孔、渐缩孔和 直通孔 ，渐缩孔在 喷嘴 出口处产生 的压力值均低于普 通短孔 和渐 扩孔 ．所 以渐缩孔 的喷嘴有利于补油装置 补油 。 3 在射流装置结构 不变 的情况 下 ，压差越 大 ， 在喷嘴出 口处的压力就会越低 ，越有利于补油 。 4 当压力油管接 口、供油管接 口和送油管接 口成 T型连 接时 ，供油管接 口离喷嘴越近 ，产生的压 力值越低 ．越有利于补油装置补油。 参考文献 [ 1 ]贾宗谟， 穆 界天， 范宗霖， 等． 旋涡泵 液环 泵 射流泵 『 M] ． 北京 机械 工业 出版社 ， 1 9 9 3 ． [ 2 ]陆宏圻． 喷嘴技术理论及应用[ M] ． 北京 水利电力出版 社 ． 1 9 8 9 ． 3 ]沈银华， 邓松圣， 张攀锋． 喷嘴参数对射流结构影响的 数值模拟 『 J ] ． 水科学与工程技术 ， 2 0 0 7 2 6 - 9 ． 『 4 1马飞， 张文明． 水射流扩孔喷嘴 内部流场 的数值模拟 [ J ] ． 北京科技大学学报， 2 0 0 6 ， 2 8 6 5 7 6 5 8 0 ．