油温对定量泵溢流阀系统压力影响的试验研究.pdf

2 0 1 5年 2月 第 4 3卷 第 3期 机 床与液压 MAC HI NE T00L HYDRAULI CS Fe b ． 2 0l 5 Vo 1 ． 4 3 No ． 3 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 3 ． 0 4 1 油温对定量泵溢 流阀系统压 力影响的试验研究 李忠山，范久 臣，马宇姝 北华大学机械工程学院，吉林吉林 1 3 2 0 2 1 摘要针对油液温度变化，引起定量泵溢流阀系统的压力波动问题，在实验室使用 Q C S 0 0 3实验台进行了试验研究。 试验结果表明，油液温度升高导致系统的压力降低，得出了系统压力的变化规律，分析了影响的因素及各个因素对系统压 力 的影响程度。 关键词 油温 ；定量泵一 溢流阀系统 ；系统压力 中图分类号 T H1 3 7 文献标志码 A 文章编 号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 5 3 1 5 8 2 Ex pe r i me nt a l S t ud y o f Effe c t s 0 f oi l Te mp e r a t u r e o n Pr e s s ur e o f Qu a n t i t a t i v e P u mp - Ov e r fl o w Va l v e S y s t e m L I Z h o n g s h a n， F AN J i u c h e n，MA Yu s h u S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ，B e i h u a U n i v e r s i t y ，J i l i n J i l i n 1 3 2 0 2 1 ， C h i n a Abs t r ac tBy a i me d a t t he pr o bl e m o f pr e s s u r e fluc t u a t i o n i n q ua nt i t a t i v e pu mp o v e r f l o w va l v e s y s t e m c a u s e d by t he c ha ng e s o f oi l t e m p e r a t u r e ， e x p e r i m e n t a l s t u d y w a s c a r r i e d o u t o n t h e Q C S 0 0 3 t e s t b o a r d i n t h e l a b ． T h e t e s t r e s u h s h o w s t h a t t h e ri s i n g o f t h e o i l t e m p e r a t u r e c a n c a us e t h e r e d uc i n g o f t h e s ys t e m p r e s s u r e，a n d t h e r e g ul a t i o n o f pr e s s ur e v a ria t i o n o f s y s t e m i s g o t t e n．The e f f e c t f a c t o r s a r e a n a l y z e d，a n d f o r c h a n g e d e g r e e o f e a c h f a c t o r a f f e c t i n g t h e s y s t e m p r e s s u r e ． Ke y wo r d s O i l t e m p e r a t u r e ；Q u a n t i t a t i v e p u m p o v e r fl o w v a l v e s y s t e m；S y s t e m p r e s s u r e 0前 言 油温对液 压 系统 和元 件 的各 项性 能有 很 大 的影 响⋯。油温过高 ，液压油的黏度降低 ，会出现油膜强 度下 降 、系统泄漏 增加 、元件磨损加剧 、缩短元件 寿 命等故 障[ 2 ] 。即使油液 温度在液 压油允 许 的范围 内 变化也会 对系统 的压力产生影 响 ，在进行溢 流阀启 闭 特性实验 中 ．常常因为油液温度升高 而使 系统压力 升 不 到原来 调定的压力 。为 了研究油温 变化对定 量泵溢 流 阀系统 的系统压力 的影 响 ，对 Q c s 0 0 3实验 台进行 改动后进 行 了试验 ．试验 回路如 图 1 所示 。 1 一 液 压泵 2 一 压 力表 卜 溢 流 阀 节 流 阀 卜 电磁换向阀 精密压力表 卜 先导式溢流阀 精密压力表 ．9 一 _ 电磁换向阀 1 O 一 流 量计 l 1 一 量 杯 1 2 --温 度 表 图 1 试验回路 l 试验过程 1 实验一关闭节流阀4 ，旋松溢流阀 3的调压手 柄 ，启动液压泵 1 ，调 节溢 流 阀 3 ～ 7 M P a 压 力 表 2 ，打开换 向阀 5 ，把压力表 6的开关 打开检测溢 流 阀 7的入 口处 压 力 ，调 节 溢 流 阀 7使压 力 调 定 在 5 M P a ，观察温度表 ，当油液 温度 为 2 0℃ 时 关闭溢 流 阀 3 ．把溢 流 阀 7重新 调 定 在 5 M P a并 锁 紧调 压 手 柄 。每隔 5 c I 记 录一组流量值 、系统压力 P 压力表 6 和背压值 P ． 压力 表 8 ，检 测温 度范 围为 2 0℃ ～ 6 5 ℃ 。 实验二 考虑到溢流 阀 7的 出口与换 向阀 9和流 量计 l 0相接 ，会使溢 流 阀 7的 出 口处产 生较 大 的背 压 ．为 了对 比溢流 阀出 口有 背压 和无 背压两 种情 况 ， 将溢流 阀 7出口与油箱直接相通 ，重复试验一 ，测得 系统 压力 P ， 压力 表 6 。 实验三 为分 析流量 变化对系统压力的影响 ，实 验测试在调定压力为 5 M P a ，油温为 4 0℃时溢流阀 7 的压力流量特性 曲线 。 2试 验数 据整 理和 分析 2 ． 1 实验 数据 的整理 为 了分析 试验 数 据 ，把 试 验数 据整 理 成 以下 曲 线 。图 2 是 系统压 力随油液温度变化的曲线 ，其 中 P 曲线是溢流阀7的出口接换 向阀 9和流量计 1 0的情 况下测得 的 ， P ， 曲线是溢流 阀 7的出 口直接接 油箱 时 收稿 日期 2 0 1 4 0 1 0 8 基 金项 目吉林 省科技发展计划项 目 2 0 1 2 0 5 0 3 6 作者简 介 李 忠山 1 9 6 9 一 ，男 ，学士 ，实验师 ，主要从事液压实验教学及研究工作 。E - m a i l b h l z s 2 0 1 3 1 6 3 ． c o n。 第 3 期 李忠山 等油温对定量泵溢流阀系统压力影响的试验研究 1 5 9 测 得的 图 3是溢流 阀出 口背压 随油 液温度 变化的 曲 线 图 4是流过溢流 阀 的流量 随油液 温度 变化 曲线 ； 图 5是溢流 阀 7在 油液 温度 为 4 0℃ ，调 定压 力 为 5 M P a 状态 下的闭合 曲线 。 、 - ● 油液 温度 ， ℃ 图 2 系统 压力 随油液 温度 变化 曲线 油液温度f c 图 4 溢 流阀的流量随油 液 温度变化 曲线 2 ． 2实验 数 据分 析 图 3 溢 流阀出 口背 压变化曲线 0 8 0 差 2 0 0 9 8 9 6 9 4 9 2 9 0 8 8 8 5 P P l ， ％ 图 5 溢 流阀闭合 特 性曲线 根据图 2中 P 。 的曲线 可看 出，随着油 液 温度 的 升高系统压力会下降。到6 5℃时降低到 2 0℃时调定 压 力的 9 4 ％左 右。通 过对 测 得 的 曲线分 析 ．系统 压 力 降低的原 因主要有 3 个方 面 1 溢流 阀 出 口背 压 变化 的影 响。通 过 图 2中 的两条 曲线对 比 ，可 以看 出 ，溢 流阀的 出口背压会影 响系统 的压力 ，当溢 流 阀 出 口直接 接油 箱 背压 接 近为零 时 ．系统 的压 力 受油 液 温度 变化 的影 响变 小 ．6 5 c C时 的系统压力 是 2 0℃ 时 系统压力 的 9 6 ％， 少变化 了 2 ％。这是 因为溢 流 阀的出 口背 压随着 油液 温度 的变化而发生 了改变 。如图 3 所示 。由于溢流 阀 的先导 阀出 口接 到主阀的 出口，溢流 阀的出 口背压作 用到先导 阀的阀芯上 ，则 先导阀 阀芯 的受力平衡方程 为 p A F 。 F gF F f P l A 1 即溢流 阀的调定压力 P是 由弹簧力 F 、阀芯重力 F 、 稳态液动力 F 摩擦 力 以及 出 口背压 P 产 生 的力 P l A之和决定 的，随着油液 温度 升高。油液黏度减 小 ，P ， 降低 5 ] ，从而使先 导阀的调定压力 P降低 ，进 而使系统压力降低。由于背压 P 是直接作用在先导 阀阀芯上，其对系统压力 的影响，在数值上就等于 P ． 的变化量 ，这从 图 3的 曲线上可 以看 出 ，本次试验 中背 压 P 减 小 了 0 ． i M P a ．占 系 统 压 力 5 MP a的 2 ％，图 2中的两条曲线相 比较也相差 2 ％ 6 5℃时 P 比P 。 少 变化 0 ． 1 MP a 。 2 通过 溢 流 阀的流 量变 化 的影 响。在 忽 略支 路泄漏 的情 况下 ，流过溢流阀的流量就是定量泵 的输 出流量 。在一定工作 压力 、一定工作转速下 ，泵 的容 积效率随工作油温的升高而降低 ] ，从图 4来看，定 量泵 的输 出流量 随着油 液温 度 的升 高而减 少 ，6 5℃ 时减少 到 2 0 o 【 时的 9 4 ％左 右。根据 图 5可知 ，通过 溢流阀流量减小会使溢流阀的系统压力降低。图4显 示 出油液温度从 2 0℃升到 6 5℃ ，使泵 的流量减少 了 6 ％，结合 图 5 看 ，这部分 流 量变化 引起 系统压 力变 化的量很小 ．约为系统压力 的 0 ． 5 ％以下 。 3 溢 流 阀主 阀阀 口压 降变 化 的影 响。根 据溢 流阀的结构，主阀芯上的阻尼孔和先导阀组成的油路 与主阀 阀 口属 于并 联关 系 ] ，所 以主 阀 阀 口的压 降 和先导阀支路压降相等，系统的压力等于主阀阀 口压降 和溢流阀出口背压 P 之和。 由通过主 阀阀口的流量公式 9C A ／ 2 得 卸 3 式 中C 为流量 系数 ； A 为阀 口通流面积 ； 为 阀口压降 。 由式 3 可知，阀口的压降 随着流量系数 C 的增大 而减小 。而阀 口的流量 系数 C 和阀 口流 动 的雷诺数 有关 ． 如 4 式 中 V 为阀 口平均流速 ； 为液体 的运动黏度 D 为 阀口的水力直径 。 由于油液温 度 的升高 ，油 液 的运 动 黏度 减 小 ， 使 阀 口油 液 流动 的雷 诺 数增 大 。而 阀 口的流量 系 数 c 是随着雷诺数 的增大而增 大 ] ，进 而使主 阀 阀 口的压降 减小。由于锥阀阀口流量系数 C 随着雷 诺数 髓 变 化 的 变化 规 律是 ] 随 着雷 诺 数 R e的增 大 ，流量 系数 C 增 大 的速度 逐渐 变得缓 慢 。也 就是 随着油液温度的升高 ，压降 △ p的变化幅度变小。P 曲线显示 出随油液 温度升高 ，系统压力的变化逐渐变 缓 。 同一个 系统在不 同的调定压力下 ，由于 阀口通流 面积 A 。 的不 同 ，△ p变化 的数值会不 同 ，通过测试 也 符合 图 2中 P ， 曲线 的变化规 律 经 过测试 ，溢流 阀 出 口直接接油 箱时 ，系统压力 在 2 0℃ 时调定 4 M P a ， 下转第 5 1页 第 3期 李瑞 霞 五 自由度并联机器人机 构运动性能优化研究 5 1 3 基 于多学 科设 计优 化软 件 M o d e f r o n t i e r 对 机 构进行 了多 目标优化研究 ，采用实验设计 和粒 子群优 化算法对机构进行了优化，求得 P a r e t o 解 ，并从多组 解 中合 理选 择 了最优解 ，并合理确定 了结 构参数 和优 化参数，通过优化前后结果比较 ，机构运动性能得到 增强 ，该文为并联机构优化设计提供参考依据。 参考文献 [ 1 ]P L I T E A N i c o l a e ， S Z I L A G H Y I A n d r a s ， P I S L A D o i n a ． K i n e ma t i c An a l y s i s o f a N e w 5 - D OF Mo d u l a r P a r a l l e l R o b o t f o r B r a e h y t h e r a p y [ J ] ． R o b o t i c s a n d C o mp u t e r I n t e g r a t e d Ma n u f a c t u r i n g， 2 0 1 5， 3 1 7 0 8 0 ． [ 2 ]L I Y a n g m i n g ， X U Q i n g s o u g ． K i n e m a t i c s a n d I n v e r s e D y n a m i c s Analy s i s f o r a Ge n e r a l 3- RPS S p at i a l Pa r all e l Me c ha n i s m[ J ] ． R o b o t i c s ， 2 0 0 5 ， 2 3 2 1 9 2 2 9 ． [ 3 ]陈修龙， 高庆， 赵永生． 4 一 U P S U P U并联式坐标测量机的 灵巧度研究 [ J ] ． 计算机集成制造系统， 2 0 1 2 ， 1 8 6 1 2 00-1 20 8． [ 4 ]齐明． 4 一 U P S ／ U P U 5自由度并联机构尺度综合方法[ J ] ． 哈尔滨工业大学学报， 2 0 0 9 ， 1 1 4 1 1 6 0 1 6 4 ． [ 5 ]wu We n q i a n g ， G U A N Y i s h e n g ， L I H u a i z h u ， e t a1． P e r f o r m a n c e A n a l y s i s a n d O p t i m i z a t i o n o f S e ri a l R o b o t s [ C] ． P r o c e e d i n g o f t h e 2 0 1 2 I E E E i n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n Ro b o t i c s a n d Bi o mi me t i c s ， 2 0 1 2 ． [ 6 ]S U N T a o ， S O N G Y i m i n g ， D O N G G a n g ． O p t i m al D e s i g n o f a Pa r a l l e l Me c h a n i s m wi t h T h r e e Ro t a t i o n al De g r e e o f F r e e d o m[ J ] ． R o b o t i c s a n d C o m p u t e r I n t e g r a t e d M a n u f a c t u ri n g ， 2 0 1 2， 2 8 4 5 0 0 5 0 8 ． [ 7 ]李明磊， 贾育秦 ， 张学良， 等． 基于多 目标差异演化算法 的并联机构结构优化[ J ] ． 中国机械工程， 2 0 1 0 ， 2 1 1 6 1 91 51 9 20． [ 8 ]陈修龙， 贾帅帅 ， 邓昱 ， 等． 新型 4 - 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b i l i t y a n d S e c u ri t y o f E n e r g y U s i n g Mo d i fi e d P S O P a r t i c l e S w a r m O p t i m i z a t i o n a l g o ri t h m[ J ] ． E n e r g y ， 2 0 1 4 ， 6 5 3 9 8 - 41 1 ． 上接 第 1 5 9页 到 5 0 q C 时，系统压力降低了 0 ． 1 5 MP a ，降低了调定 压力 的 3 ． 7 5 ％ 。 3 结 论 试验结果 表明 ，定 量泵溢流阀系统 的系统压力 随 着油液温度 的升高而降低 ，主要是 由于随着油液 温度 的升高油液 的黏度减小 。油液的黏度减小 ，一方面使 溢流 阀回油管路 的沿程损 失和局部损失降低 ，这部分 变化作用在溢流 阀的先 导阀阀芯上 ．相 当于旋松 了溢 流阀的调压手柄 ，其对系统压力的影响。在数值上就 等于溢流阀 出口背压 的变 化量。如果重视不够 ，对系 统 的定压精度会有很大 的影 响 另一方面 ，使定量泵 的容积效率下降 ，使通过溢流阀的流量减少．引起系 统压 力降低 。这是 由定 量泵 和溢 流 阀的性能 决定 的 ． 正常情 况下对系统压力影 响较小 第 三方面 ．使溢流 阀阀 口的流量系数增大 ，阀 口流过相 同流量的油液所 产生的压降减小。减小油液温度变化对系统压力影响 的办法主要是控制油液温度的变化范围并使系统油温 在 5 0℃以上工作 、减小溢流阀出口背压、使用黏温 特性好 的油液j 参考文献 [ 1 ]李宏伟． 影响4 0 T支架搬运车液压系统油温的因素[ J ] ． 煤矿机械 ， 2 0 1 1 4 1 0 1 1 0 3 ． [ 2 ]刘文平 ， 王林涛， 姜兆亮． 闭式液压系统油温分析及补油 量确定[ J ] ． 中南大学学报 自然科学版， 2 0 1 3 9 3 6 5 8 3 6 64． [ 3 ]王荣林 ， 殷劲松． 基于液压油油温对液压系统性能影响 的研究[ J ] ． 中国科技信息， 2 0 0 8 2 4 1 0 4 ． [ 4 ] 苏杭， 刘延俊． 液压与气压传动学习及实验指导[ M] ． 北 京 机 械工业出版社 ． 2 0 0 6 ． [ 5 ]王剑华． 减少液压系统压力损失的方法 [ J ] ． 机械制造与 自动化 ， 2 0 0 3 5 2 8 2 9 3 1 ． [ 6 ]路华鹏， 马彪 ， 孙宪林， 等． 静液传动系统容积效率试验 研究[ J ] ． 机床与液压 ， 2 0 0 7 3 7 1 - 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