2.4.3　基本參數的選擇

(1)工作壓力

不同類型和規格的液壓泵,其額定壓力也不同。液壓泵的輸出壓力p_p應為執行元件所需壓力p₁和系統進油路上的總壓力損失∑Δp(包括管路的壓力損失及控制閥的壓力損失)之和,即

p_p≥p₁+∑Δp(2?26)

泵的輸出壓力不得超過樣本上的額定壓力。強調安全性、可靠性時,還應留有較大的余地:一般在固定設備中液壓系統的正常工作壓力可選擇為泵額定壓力的70%~80%;要求工作可靠性較高的系統或行走設備(如車輛與工程機械),其液壓系統工作壓力可選擇為泵額定壓力的50%~60%。

產品樣本上的最高工作壓力是短期沖擊時允許的壓力。如果每個循環中都發生沖擊壓力,泵的壽命就會顯著縮短,甚至泵會損壞。

泵的最高壓力與最高轉速不宜同時使用,以延長泵的使用壽命。

(2)輸出流量

液壓泵的輸出流量q_p與工況有關。液壓泵的輸出流量q_p應包括執行元件所需流量(有多個執行元件時由流量?時間循環圖求出總流量)和各元件的泄漏量的總和,即一般可用下式加以確定

q_p≥K(∑q)_max(2?27)

式中　K——系統的泄漏系數,一般取1.1~1.3(大流量取小值,小流量取大值);

　　(∑q)_max——同時動作的液壓執行元件的最大流量,m3/s。

對于工作過程始終用流量閥節流調速的系統,尚需加上溢流閥的最小溢流量,一般取2~3L/min。有時還需考慮電動機失轉(通常1r/s左右)引起的流量減少量、液壓泵長期使用后效率降低(通常5%~7%)引起的流量減少量。樣本上往往給出排量、轉速范圍及典型轉速不同壓力下的輸出流量。

(3)原動機

原動機有電動機和內燃機兩種形式,固定設備的液壓系統,其液壓泵通常用電動機驅動。而行走機械的液壓系統,大多用內燃機驅動液壓泵。

① 對電動機的要求。

a.電動機的類型。由于液壓泵通常在空載下啟動,故對電動機的啟動轉矩沒有過高要求,負荷變化比較平穩,啟動次數不多,因此可以采用Y系列籠型異步電動機。液壓系統功率較大而電網容量不大時,可采用繞線轉子電動機。對于采用變頻調節流量方案的液壓泵,則應采用變頻器控制的交流異步電動機驅動液壓泵。

液壓泵的工作環境不同,對其驅動電動機的防護類型要求也不同:清潔、干燥環境下宜采用開啟式電動機(防護標志為IP11)驅動;較清潔干凈的環境宜采用防護式電動機(防護標志為IP22和IP23)驅動;潮濕、多塵埃、高溫、有腐蝕性或易受風雨的環境宜采用封閉式電動機(防護標志為IP44)驅動;易爆危險環境下宜采用防爆式電動機(如dⅡCT4)驅動。

b.電動機的轉速。應與液壓泵的轉速相適應。電動機與液壓泵之間通常采用聯軸器連接,電動機的轉速應在液壓泵的最佳轉速范圍內,否則會使液壓泵的效率下降。

容量(功率)相同的同類型電動機,通常有不同的轉速供選用。低轉速電動機的磁極對數多,外形尺寸及重量都較大,價格高,且要求泵有較大排量(在流量一定情況下);而高轉速電動機則相反。因此,電動機的轉速應與泵的流量、排量等一起綜合考慮。

c.電動機的功率。當液壓泵在額定壓力和流量下工作時,可按液壓泵產品樣本中的液壓泵的驅動功率來選擇電動機的功率。

若液壓泵在其他壓力和流量下工作,電動機的功率可由式(2?28)計算得,并選擇合適的電動機。

P=?(kW)(2?28)

式中　Δp——液壓泵的進出口壓力差(當泵的進口壓力近似為零時,可用泵的出口工作壓力p來代替Δp),MPa;

　　q——液壓泵的流量,L/min;

　　η——液壓泵的總效率,%。

如果液壓泵的驅動功率變化較大,則應分別算出各工作階段所需功率,再按式(2?29)算出平均功率P_cp,然后確定液壓泵的驅動功率。由于電動機可以在短時間內超負荷運行,所以電動機的功率只要比上述計算出的平均功率大,且其中最大功率不大于電動機額定功率的1.25倍即可。

(kW)(2?29)

式中　Pi——多個工作循環中第i工作階段所需功率,kW;

　　ti——第i工作階段的持續時間,s。

對于工程中經常采用的雙聯泵供油的快慢速交替循環系統,應分別計算快速和慢速兩個工作階段的驅動功率。多聯泵中的第一聯泵應比第二聯泵能承受較高的負荷(壓力×流量);多聯泵總負荷不能超過泵的軸伸所能承受的轉矩。

② 對內燃機的要求。

當液壓泵用內燃機驅動時,有兩種不同情況:其一是液壓泵僅是內燃機驅動負載的一部分;其二是內燃機的全部功率用于驅動液壓泵。

a.當液壓泵僅是內燃機驅動負載的一部分時,內燃機的功率大,總能滿足液壓泵所需功率。內燃機的轉速應與液壓泵的最佳轉速相匹配。高速內燃機通常要有減速裝置,使液壓泵在最佳轉速范圍內工作。

b.內燃機的全部功率用于驅動液壓泵的系統稱為全液壓驅動系統。車輛與行走機械的全液壓驅動系統通常采用變量泵或變量馬達的容積調速系統來滿足行走機械速度變化大的要求。內燃機的最大轉速應滿足系統要求的最大流量,且不超過液壓泵的最高允許轉速。如果內燃機轉速過高,則應設置減速裝置。內燃機的最大功率應略大于液壓系統要求的最大功率。

(4)轉速和排量

轉速關聯著泵的壽命、耐久性、氣穴及噪聲等。雖然產品技術規格表中標明了允許的轉速范圍,但最好是在與用途相適應的最佳轉速下使用,不得超過最高轉速。特別是用內燃機驅動液壓泵的情況下,油溫低時若低速則吸油困難,有因潤滑不良引起卡咬失效的危險,而高速下則要考慮產生汽蝕、振動、異常磨損、流量不穩定等現象的可能性。轉速劇烈變動還對泵內部零件的強度有很大影響。

在系統所需流量已知的情況下,液壓泵的轉速應與排量綜合考慮。通常,應首先根據系統所需流量q_v(L/min)和初選的液壓泵轉速n₁(r/min)及泵的容積效率η_V(可根據產品樣本或取為η_V=0.9)計算排量參考值,即

V_g=(2?30)

對于定量泵,最終選擇的泵流量應盡可能與系統所需流量相符,以免功率損失過大。

(5)效率

泵的效率值是泵質量好壞的體現。壓力越高、轉速越低,則泵的容積效率越低。變量泵排量調小時容積效率降低。轉速恒定時泵的總效率在某個壓力下最高,變量泵的總效率在某個排量、某個壓力下最高。泵的總效率對液壓系統的效率有很大影響,應該選擇效率高的泵,并盡量使泵工作在高效工況區。