液壓動力單元特性分析

陳珊珊，潘國軍

(1.浙江海洋學院蕭山科技學院，浙江杭州311258;2.浙江廣播電視大學，浙江杭州 310030)

液壓動力單元特性分析

陳珊珊1，潘國軍2

(1.浙江海洋學院蕭山科技學院，浙江杭州311258;2.浙江廣播電視大學，浙江杭州 310030)

液壓動力單元主要由電機、油泵、集成閥塊、外掛閥塊、液壓閥及各種液壓附件 (如:蓄能器)等集合而成，已廣泛應用于汽車工程、汽保設備、機床機具、倉儲物流、醫療器械、建筑機械及生產線控制等行業。主要針對純電動高空作業平臺用的液壓動力單元，通過分析其壓力－流量特性、壓力－電流特性、耐污染性能、耐久性能等，為高空作業車或其他行業選擇液壓動力單元提供了參考。

液壓動力單元;特性分析

液壓動力單元 (HPU)由電機、油泵、集成閥塊、外掛閥塊、液壓閥及各種液壓附件 (如:蓄能器)等集合而成。與實現同樣原理要求的常規液壓站相比，它具有結構緊湊、體積小、質量輕、效率高、性能可靠、外形美觀、無泄漏、價格便宜等優點。目前該產品已廣泛應用于汽車工程、汽保設備、機床機具、倉儲物流、醫療器械、建筑機械及生產線控制等行業，正逐漸被越來越多的技術人員所認識并設計選用。但是與國外同類產品比較，還存在較大的不足，例如壽命短、容積效率低、噪聲大等。為此作者實施了針對純電動高空作業平臺用液壓動力單元的多項試驗，為最終選定一款合格的液壓動力單元提供一定的依據。

1 連續升降試驗

高空作業車用液壓動力單元主要具有如下特點:

(1)升降過程用液壓動力單元控制，主要特點是壓力大、流量大、升降動作具有間歇性。

(2)轉向或驅動用液壓動力單元控制，主要特點是壓力較小、流量小、動作具有連續性。

針對以上特點，需對液壓動力單元進行連續升降試驗，確保在5次連續升降后，電機電刷的溫度在電機規定等級之下。

1.1 連續升降試驗

由于高空作業車使用24 V電瓶為電源供電，在使用過程中其電流一般為160 A，瞬時可能達到250 A，因此連續較長時間使用，電機發熱就會超過它的絕緣等級。為明確其升溫特性，現模擬高空作業車連續升降6個循環，如能在絕緣等級的溫度要求之下，就認為其滿足升溫特性要求。高空作業車在升降過程中，液壓動力單元壓力一般是由小變大，隨后減小且穩定在一定的值，如圖1所示，最大的壓力峰值大約為18 MPa。為了測試方便，同時假想更加惡劣的條件，動力單元直接與溢流閥連接，把溢流閥的壓力調置為18 MPa，持續工作時間與上升時間相同，休息的時間與下降過程的時間相同，這樣連續循環6次。在電機的電刷位置貼上T型溫度傳感器如圖2所示，用記錄儀記錄電刷的溫度如圖3所示。根據絕緣等級為F的電機最高允許溫度為155℃，6次連續升降后的溫度為115℃，因此滿足設計要求。

圖1 上升壓力特性曲線

圖2 T型溫度傳感位置

1.2 性能測試

性能測試主要內容有:測定壓力－流量曲線，測定壓力－電流曲線，使一個動力單元能在不同型號的高空作業車上應用，為此設計了如圖4所示的測試方案。

圖4 性能測試方案

首先根據以上方案完成系統平臺的搭建，如圖5所示，閉合開關8、直流接觸器4接通，直流電機得電，泵開始工作，此時將可調直流電源10調節至24 V，調節溢流閥15的壓力，從2 MPa緩慢調節到18 MPa，在調節的過程中記錄流量值、壓力值和電流值。測得的壓力－流量、壓力－電流曲線如圖6所示。

圖5 實驗測試圖

圖6 壓力－流量，壓力－電流曲線

從圖中可以看出:當系統壓力為18 MPa時，其流量為10 L/min，能滿足多款高空作業車使用要求。

1.3 耐久性能試驗

高空作業車的使用年限一般大于十年，而動力單元是其十分重要的部件，要求在十年使用過程中無故障，不影響正常工作。動力單元在使用過程中容積效率會降低，電機電刷會磨耗，磨耗后振動加劇常常伴隨異響。因此耐久性能主要檢測在耐久過程中有無異響、電機電刷的磨耗量、齒輪泵的容積效率等綜合性能，以滿足高空作業車使用年限的要求。為此設計了如圖7所示的試驗方案。

圖7 耐久性測試方案

按耐久性試驗方案搭建實驗系統，將溢流閥2的壓力調節至21 MPa，溢流閥6的壓力調節至8 MPa，溢流閥7的壓力調節至18 MPa，將直流電源電壓調節至24 V，打開控制開關，液壓動力單元1開始工作，換向閥4左位得電，此時系統壓力為18 MPa，工作時間50 s，溢流閥6得電，此時系統壓力為8 MPa，工作時間10 s，然后停泵休息1 min。連續工作5次后，停泵休息20 min。這個過程為一個循環，由程序控制。總共耐久次數為20 000次。

經過20 000次耐久后分解電機，其電機端蓋如圖8所示，在耐久過程中測量電機電刷的磨耗量如圖9所示，可知電機磨耗在正常范圍內。

圖8 耐久后電機端蓋圖

圖9 電刷磨耗圖

1.4 耐污染性能測試

一方面由于高空車作業車在灰塵和粉塵較多的環境中工作，另一方面動力單元經過一段時間磨合后，會產生一定的雜質，而液壓油的更換有一定的周期，因此要求動力單元在NAS12級的條件下，能正常工作一段時間，以滿足高空作業車正常作業的需求。

2 總結

通過以上一系列的試驗，最終選定了一款合格的動力單元，同時根據試驗結果，要求廠家進一步保證其品質。文中研究內容為其他廠家選擇液壓動力提供了一套切實可行的試驗方案。

【1】成大先.機械設計手冊:單行本:液壓控制［M］.5版.北京:化學工業出版社，2010.

【2】楊爾莊.環保節能和液壓技術［J］.液壓氣動與密封，2005(5):7－15.

【3】冀宏.電動液壓動力單元的一體化演變［J］.機床與液壓，2011，39(10):117 －120.

【4】蘇杭，劉延俊.液壓與氣壓傳動學習及實驗指導［M］.北京:機械工業出版社，2007.

【5】冀宏，李志峰，王崢嶸，等.液壓電機葉片泵樣機的性能試驗［J］.農業機械學報，2010(11):48－53.

【6】楊殿寶.實踐中的綠色液壓技術［J］.流體傳動與控制，2011(5):51－54.

【7】李艷杰，付曉云.液壓傳動與控制系統的新型節能技術探討［J］.沈陽理工大學學報，2010(6):38－42.

Analysis of Hydraulic Power Unit Characteristics

CHEN Shanshan1，PAN Guojun2
(1.Xiaoshan Campus，Zhejiang Ocean University，Hangzhou Zhejiang 311258，China;
2.Zhejiang Radio and Television University，Hangzhou Zhejiang 310030，China)

The hydraulic power unit(HPU)is integrated withmotors，oil pumps，integrated valve，plug valve block，hydraulic valves and a variety of hydraulic attachments(such as accumulators).Ithas been widely used in the industries of automotive engineering，auto maintenance equipment，machine tools，machinery，warehousing，logistics，medical equipment，construction machinery and production line control etc.Aiming at the HPU used in pure electric aerialwork platforms，its characteristics of pressureflow，pressure-current，and resistance to pollution and durability，and others，were analyzed.It provides references for selecting HPU for aerialwork vehicles or other industries.

Hydraulic power unit;Characteristics analysis

TH137

A

1001－3881(2013)8－068－3

10.3969/j.issn.1001 －3881.2013.08.024

2012－07－16

2012年浙江省教育廳項目 (Y201225121)

陳珊珊 (1978—)，女，碩士，講師，主要從事機械設計、機械電子工程方面的研究及機電專業的教學工作。E－mail:syclf2073467@126.com。