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真空设备/泵 |
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拓展齿轮泵功能的液压回路设计 |
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作者：河北科技大学 张利平 译 |
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摘要：附件及组合阀的方案能拓宽齿轮泵的用途，在某些情况下，其成本比变量泵系统还低，本文给出了具体作法。介绍了若干实用新型齿轮泵液压回路方案的原理、特点及其适用的机器设备类型。
因受定排量的结构限制，通常认为齿轮泵仅能作恒流量液压源使用。然而，附件及螺纹联接组合阀方案对于提高其功能、降低系统成本及提高系统可靠性是有效的，因而，齿轮泵的性能可接近价昂、复杂的柱塞泵。
例如，在泵上直接安装控制阀，可省去泵与方向阀之间管路，从而控制了成本。较少管件及连接件可减少泄漏，从而提高工作可靠性。而且泵本身安装阀可降低回路的循环压力，提高其工作性能。下面是一些可提高齿轮泵基本功能的回路，其中有些实践证明是可行的基本回路，而有些则属创新研究。
1 卸载回路
卸载元件将大流量泵与小功率单泵结合了起来。液体是从两个泵的出口排出，直至达到预定压力和(或)流量。这时，大流量泵便把流量从其出口循环到入口，从而减少了该泵对系统的输出流量，也即将泵的功率减少至略高于高压部分工作的所需值。流量降低的百分比取决于此时未卸载排量占总排量的比率。组合或螺纹联接卸载阀减少乃至消除了管路、孔道和辅件及其可能的泄漏。
最简单的卸载元件由人工操纵(图1)。弹簧使卸载阀接通或关闭，当给阀一操纵信号时，阀的通断状态即被切换。杠杆或其它机械机构是操纵这种阀的最简单方法。
图1 人工操纵卸载回路
导控(气动或液压)卸载阀是操纵方式的一种改进，因此类阀可进行远程控制。而最大的进展是采用电气或电子开关控制的电磁阀，它不仅可以远程控制，且可用微机自动控制，通常认为这种简单的卸载技术是应用的最佳情况。
人工操纵卸载元件常用于为快速动作而需大流量及为精确控制而减少流量的回路，例如快速伸缩的起重臂回路。图1所示回路的卸载阀无操纵信号作用(左位)时，回路一直输出大流量。对于常开阀，在常态下回路将输出小流量。
压力传感卸载阀是最普遍的方案。如图2所示，弹簧作用使卸载阀处于其大流量位置(左位)。回路压力达到溢流阀预调值时，溢流阀开启，卸载阀在液压力作用下切换至其小流量位置(右位)。压力传感卸载回路多用于行程中需快速、行程结束时需高压低速的液压缸供液。压力传感卸载阀基本上是一个达到系统压力即卸载的自动卸载元件，普遍用于测程仪分裂器和液压虎钳中。
图2 压力传感卸载回路
流量传感卸载回路(图3)中的卸载阀也是由弹簧将其压向大流量位置(左位)。该阀中的固定节流孔尺寸按机器的发动机最佳速度所需流量确定。若发动机速度超出此最佳范围，则节流小孔压降将增加，从而将卸载阀移位至小流量位置(右位)。因与泵相邻的元件做成可对最大流量节流的尺寸，故此回路能耗少、工作平稳且成本低。这种回路的典型应用是，限定回路流量达最佳范围以提高整个系统的性能，或限定机器高速行驶期间的回路压力。常用于垃圾运载卡车等。
图3 流量传感卸载回路
压力流量传感卸载回路的卸载阀(图4)也是由弹簧压向大流量位置(左位)，无论达到预定压力还是流量，都会卸载。机器在空转或正常工作速度下均可完成高压工作。此特性减少了不必要的流量，故降低了所需功率。因此种回路具有较宽的负载和速度变化范围，故常用于挖掘设备。
图4 压力流量传感卸载回路
图5为具有功率综合的压力传感卸载回路，它由两组略加变化的(与图3比较――泽者注)压力传感卸载泵组成，两组泵由同一原动机驱动，每一台泵从另一卸载泵接受导控卸载信号，此种传感方式称之为交互传感，它可使一组泵在高压下工作而另一组泵在大流量下工作。两只溢流阀可按每个回路特殊的压力调整以使一台或两台泵卸载。此方案减少了功率需求，故可采用价廉小容量原动机。
图5 功率综合压力传感卸载回路
图6所示的负载传感卸载回路，当主控阀的控制腔(下腔)无负载传感信号时，泵的所有流量经阀1、阀2排回油箱；当给此控制阀施加负载传感信号时，泵向回路供液；当泵的输出压力超过负载传感阀的压力预定值时，泵仅向回路提供工作流量，而多余流量经阀2的节流位置(上位)旁通回油箱。
图6 负载传感卸载回路
带负载传感元件的齿轮泵与柱塞泵相比，具有成本低、抗污染能力强及维护要求低的优点。
2 优先流量控制
不论泵的转速、工作压力或支路需要的流量大小，定值一次流量控制阀总可保证机器工作所需的流量。在图7所示的这种回路中，泵的输出流量必须大于或等于一次油路所需流量，二次流量可作它用或回油箱。定值一次流量阀(比例阀)将一次控制与液压泵结合起来，省去了管路并消除了外泄漏，故降低了成本。此种齿轮泵回路的典型应用是汽车起重机上常可见到的转向机构，它省去了一个泵。
图7 优先流量控制回路
负载传感流量控制阀的功能与定值一次流量控制的功能十分相近：即无论泵的转速、工作压力或支路所需流量大小，均提供一次流量。但图8所示方案，仅通过一次油口向一次油路提供所需流量，直至其最大调整值。此回路可替代标准的一次流量控制回路而获得最大输出流量。因无载回路的压力低于定值一次流量控制方案，故回路温升低，无载功耗小。负载传感比例流量控制阀与一次流量控制阀一样，其典型应用是动力转向机构。
图8 负载传感一次回路
3 旁路流量控制
对于旁路流量控制(图9)，不论泵的转速或工作压力高低，泵总按预定最大值向系统供液，多余部分排回油箱或泵的入口。此方案限制进入系统的流量，使其具有最佳性能。其优点是通过回路规模以控制最大调整流量降低成本；将泵和阀组合成一体，并通过泵的旁通控制，使回路压力降至最低，从而减少管路及其泄漏。
图9 旁路流量控制
旁路流量控制阀可与限定工作流量(工作速度)范围的中闭式负载传感控制阀一起设计。此种型式的齿轮泵回路常用于限制液压操纵以使发动机达最佳速度的垃圾运载卡车或动力转向泵回路中，也可用于固定式机械设备。
4 干式吸油阀
干式吸油阀是一种气控液压阀，它用于泵的进油节流，当机械液压空载时，仅使极小流量(＜18.9L/min)通过泵。而在有负载时，全流量吸入泵。如图10所示，这种回路可省去泵与原动机间的离合器，从而降低了成本，它还减小了空载功耗，因通过回路的极小流量保留了驱动车辆的原动机功率。另外，还降低了泵在空载时的噪声。干式吸油阀回路可用于由内燃机驱动的开关式液压系统的任何车辆中，例如垃圾装填卡车以及工业设备。
图10 干式吸油阀回路
5 液压泵方案的选择
目前，齿轮泵的工作压力已接近柱塞泵，组合负载传感方案为齿轮泵提供了变量的可能性，这就意味着齿轮泵与柱塞泵清楚界限变得愈来愈模糊了。
合理选择液压泵方案的决定因素之一是整个系统的成本。与价昂的柱塞泵相比，齿轮泵以其成本较低、回路简单、过滤要求低等特点成为许多应用场合切实可行的选择方案。
河北科技大学张利平译自美刊《Hydraulics & Pneumatics》,May 1995.P34～37(end)
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(11/16/2004) |
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