閉式液壓系統補油泵參數的設計

王佃武

(中煤科工集團太原研究院，山西太原030006)

在閉式液壓系統中，液壓泵輸出的油液直接進入執行元件，執行元件的回油直接與液壓泵的吸油管相連，工作液體在系統中進行封閉循環。這種液壓系統的結構緊湊、傳動效率高、故障率低，這些特點使它特別適應負荷變化劇烈和前進、倒退、制動頻繁的工程機械負荷工況，以及速度要求嚴格控制的工程機械。

但是閉式液壓系統在工作中由于泵、馬達容積效率損失以及由沖洗冷卻閥組中泄漏的流量，不斷有油液消耗，為了補償這些消耗，維持閉式液壓系統的正常工作，必須給系統及時補充油液而設置補油泵。

1 補油泵的作用

(1)補償閉式系統由于泄漏損失的油液

持續的高壓油內泄是液壓元件的固有屬性，并且隨著泵、馬達排量的增大而增大。如圖1所示，補油泵泵出油液流經單向閥向系統低壓側補油。

(2)冷卻和沖洗回路

圖1 閉式系統的補油和冷卻

閉式系統持續的高壓工作時，泵、馬達自身的內泄量以及系統元件本身不足以帶走系統高壓產生的熱量，因而使系統溫度升高。為降低溫度，需要在系統的低壓側通過補油閥組另外釋放出一部分油液進行冷卻。馬達工作時，馬達進出油口的壓差使充液換向閥4 (梭閥)置于接通低壓側的位置，馬達工作后發熱的回油經梭閥4、沖洗溢流閥5 和冷卻器回油箱，這樣，補進的是冷油，排出的是熱油，對閉式系統進行了強制循環冷卻，使回路中的油溫保持在允許的范圍內。這部分油液同時有沖洗管路中因元件磨損而不斷產生的污染顆粒、并將其排出系統的作用。

(3)向主泵或馬達的控制系統提供先導控制油，也可向其他的輔助系統提供油源，這種情況下安裝一個順序閥即可保證主回路不受輔助回路影響，防止因補油不足而停車。

(4)提供補油壓力

能在主泵的排量發生變化時保證容積式傳動的響應，除能提高系統的動作頻率外，還能增加主泵進油口處壓力，防止大流量時產生氣蝕，提高泵的工作轉速和傳動裝置的功率密度。

2 補油泵排量的計算

閉式系統在工作中不斷有液壓油泄漏，這些泄漏主要由以下原因引起:(1)泵、馬達容積效率引起的泄漏;(2)冷卻沖洗閥的排出流量;(3)伺服控制系統的正常消耗。為了維持閉式系統正常工作，必須及時補償這些泄漏和消耗，并且無過多能量浪費，所以閉式系統的補油量需要合理地配置。

計算補油泵的排量需要考慮多方面因素，比如泵、馬達的轉速，系統工作壓力，液壓管路的排布，伺服控制方式，冷卻沖洗流量，以及元件由于磨損泄漏量的加大等。綜合考慮泵、馬達泄漏量，沖洗油量和伺服控制流量，補油泵排量一般選取主泵排量的20%～25%，計算方法為:泵、馬達失效前容積效率為8%～9%，沖洗油量為系統流量2%～3%，伺服控制流量為系統流量1%～2%，所以系統總泄漏流量為總流量的(16%～18%+2%～3%+1%～2%)=19%～23%。補油泵為齒輪泵，一般串聯于主泵，轉速與主泵相同，其容積效率約為92%，所以補油泵排量為系統流量的(19%～23%)/92%=20%～25%。

需要注意的是泵在低轉速高壓力的工況，補油泵由于是齒輪泵，轉速的降低使其容積效率下降很快，常規選擇的補油泵的補油量可能會小于泄漏量而導致系統無法正常工作。因此，如果行走機械有此種工況要特別考慮，以選擇較大排量的補油泵。

3 補油壓力的設定

理論上講，補油壓力越高，系統響應越快，補油效果越好。但是補油泵的存在勢必會給系統帶來額外的能量損失，補油壓力越高，能量損失越大。因此，要優化設計閉式系統，必須合理設定補油壓力。

補油壓力的設定要做到以下幾點:(1)滿足系統正常工作所需的最小補油壓力(不小于0.7 MPa)以獲得較好的系統性能;(2)合理的能量損失。因此補油壓力通常設定為1.5～2.5 MPa，此時能量損失約為總功率的2%～3%，對傳動裝置效率影響不大。

補油壓力決定了沖洗溢流閥的壓力，為保證有充足的油液通過沖洗閥，沖洗溢流閥壓力值一般設定比補油溢流閥壓力低0.3～0.5 MPa。

4 結束語

補油泵在閉式液壓系統中作用非常重要，它的存在保證了系統管路內油液充足、壓力穩定，合理地選擇補油泵是設計和使用好閉式液壓系統的關鍵因素。行走機械閉式系統中，補油泵排量一般選取主泵排量的20%～25%，補油壓力通常設定為1.5～2.5 MPa。

【1】姚懷新.行走機械液壓傳動與控制[M].北京:人民交通出版社，2001.

【2】胡軍科，王華兵.閉式液壓泵的種類與選型注意事項[J].建設機械技術與管理，2000(3):33－34.

【3】安國宏.閉式靜液壓傳動的故障排除[J].建筑機械化，2002(2):48－49.

【4】桑月仙.閉式液壓系統補油泵研究[D].成都:西南交通大學，2010.

【5】王佃武，曹瓊瓊，袁宇明.連續采煤機液壓系統的設計改進[J].煤礦機械，2010(5):174－175.