陳珊珊，潘國(guó)軍

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

液壓動(dòng)力單元特性分析

陳珊珊1，潘國(guó)軍2

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

液壓動(dòng)力單元主要由電機(jī)、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(yīng)用于汽車(chē)工程、汽保設(shè)備、機(jī)床機(jī)具、倉(cāng)儲(chǔ)物流、醫(yī)療器械、建筑機(jī)械及生產(chǎn)線控制等行業(yè)。主要針對(duì)純電動(dòng)高空作業(yè)平臺(tái)用的液壓動(dòng)力單元，通過(guò)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(yè)車(chē)或其他行業(yè)選擇液壓動(dòng)力單元提供了參考。

液壓動(dòng)力單元;特性分析

液壓動(dòng)力單元 (HPU)由電機(jī)、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(shí)現(xiàn)同樣原理要求的常規(guī)液壓站相比，它具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量輕、效率高、性能可靠、外形美觀、無(wú)泄漏、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。目前該產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于汽車(chē)工程、汽保設(shè)備、機(jī)床機(jī)具、倉(cāng)儲(chǔ)物流、醫(yī)療器械、建筑機(jī)械及生產(chǎn)線控制等行業(yè)，正逐漸被越來(lái)越多的技術(shù)人員所認(rèn)識(shí)并設(shè)計(jì)選用。但是與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)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(shí)施了針對(duì)純電動(dòng)高空作業(yè)平臺(tái)用液壓動(dòng)力單元的多項(xiàng)試驗(yàn)，為最終選定一款合格的液壓動(dòng)力單元提供一定的依據(jù)。

1 連續(xù)升降試驗(yàn)

高空作業(yè)車(chē)用液壓動(dòng)力單元主要具有如下特點(diǎn):

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

(2)轉(zhuǎn)向或驅(qū)動(dòng)用液壓動(dòng)力單元控制，主要特點(diǎn)是壓力較小、流量小、動(dòng)作具有連續(xù)性。

針對(duì)以上特點(diǎn)，需對(duì)液壓動(dòng)力單元進(jìn)行連續(xù)升降試驗(yàn)，確保在5次連續(xù)升降后，電機(jī)電刷的溫度在電機(jī)規(guī)定等級(jí)之下。

1.1 連續(xù)升降試驗(yàn)

由于高空作業(yè)車(chē)使用24 V電瓶為電源供電，在使用過(guò)程中其電流一般為160 A，瞬時(shí)可能達(dá)到250 A，因此連續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間使用，電機(jī)發(fā)熱就會(huì)超過(guò)它的絕緣等級(jí)。為明確其升溫特性，現(xiàn)模擬高空作業(yè)車(chē)連續(xù)升降6個(gè)循環(huán)，如能在絕緣等級(jí)的溫度要求之下，就認(rèn)為其滿足升溫特性要求。高空作業(yè)車(chē)在升降過(guò)程中，液壓動(dòng)力單元壓力一般是由小變大，隨后減小且穩(wěn)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(cè)試方便，同時(shí)假想更加惡劣的條件，動(dòng)力單元直接與溢流閥連接，把溢流閥的壓力調(diào)置為18 MPa，持續(xù)工作時(shí)間與上升時(shí)間相同，休息的時(shí)間與下降過(guò)程的時(shí)間相同，這樣連續(xù)循環(huán)6次。在電機(jī)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(jù)絕緣等級(jí)為F的電機(jī)最高允許溫度為155℃，6次連續(xù)升降后的溫度為115℃，因此滿足設(shè)計(jì)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(cè)試

性能測(cè)試主要內(nèi)容有:測(cè)定壓力－流量曲線，測(cè)定壓力－電流曲線，使一個(gè)動(dòng)力單元能在不同型號(hào)的高空作業(yè)車(chē)上應(yīng)用，為此設(shè)計(jì)了如圖4所示的測(cè)試方案。

圖4 性能測(cè)試方案

首先根據(jù)以上方案完成系統(tǒng)平臺(tái)的搭建，如圖5所示，閉合開(kāi)關(guān)8、直流接觸器4接通，直流電機(jī)得電，泵開(kāi)始工作，此時(shí)將可調(diào)直流電源10調(diào)節(jié)至24 V，調(diào)節(jié)溢流閥15的壓力，從2 MPa緩慢調(diào)節(jié)到18 MPa，在調(diào)節(jié)的過(guò)程中記錄流量值、壓力值和電流值。測(cè)得的壓力－流量、壓力－電流曲線如圖6所示。

圖5 實(shí)驗(yàn)測(cè)試圖

圖6 壓力－流量，壓力－電流曲線

從圖中可以看出:當(dāng)系統(tǒng)壓力為18 MPa時(shí)，其流量為10 L/min，能滿足多款高空作業(yè)車(chē)使用要求。

1.3 耐久性能試驗(yàn)

高空作業(yè)車(chē)的使用年限一般大于十年，而動(dòng)力單元是其十分重要的部件，要求在十年使用過(guò)程中無(wú)故障，不影響正常工作。動(dòng)力單元在使用過(guò)程中容積效率會(huì)降低，電機(jī)電刷會(huì)磨耗，磨耗后振動(dòng)加劇常常伴隨異響。因此耐久性能主要檢測(cè)在耐久過(guò)程中有無(wú)異響、電機(jī)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(yè)車(chē)使用年限的要求。為此設(shè)計(jì)了如圖7所示的試驗(yàn)方案。

圖7 耐久性測(cè)試方案

按耐久性試驗(yàn)方案搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，將溢流閥2的壓力調(diào)節(jié)至21 MPa，溢流閥6的壓力調(diào)節(jié)至8 MPa，溢流閥7的壓力調(diào)節(jié)至18 MPa，將直流電源電壓調(diào)節(jié)至24 V，打開(kāi)控制開(kāi)關(guān)，液壓動(dòng)力單元1開(kāi)始工作，換向閥4左位得電，此時(shí)系統(tǒng)壓力為18 MPa，工作時(shí)間50 s，溢流閥6得電，此時(shí)系統(tǒng)壓力為8 MPa，工作時(shí)間10 s，然后停泵休息1 min。連續(xù)工作5次后，停泵休息20 min。這個(gè)過(guò)程為一個(gè)循環(huán)，由程序控制。總共耐久次數(shù)為20 000次。

經(jīng)過(guò)20 000次耐久后分解電機(jī)，其電機(jī)端蓋如圖8所示，在耐久過(guò)程中測(cè)量電機(jī)電刷的磨耗量如圖9所示，可知電機(jī)磨耗在正常范圍內(nèi)。

圖8 耐久后電機(jī)端蓋圖

圖9 電刷磨耗圖

1.4 耐污染性能測(cè)試

一方面由于高空車(chē)作業(yè)車(chē)在灰塵和粉塵較多的環(huán)境中工作，另一方面動(dòng)力單元經(jīng)過(guò)一段時(shí)間磨合后，會(huì)產(chǎn)生一定的雜質(zhì)，而液壓油的更換有一定的周期，因此要求動(dòng)力單元在NAS12級(jí)的條件下，能正常工作一段時(shí)間，以滿足高空作業(yè)車(chē)正常作業(yè)的需求。

2 總結(jié)

通過(guò)以上一系列的試驗(yàn)，最終選定了一款合格的動(dòng)力單元，同時(shí)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，要求廠家進(jìn)一步保證其品質(zhì)。文中研究?jī)?nèi)容為其他廠家選擇液壓動(dòng)力提供了一套切實(shí)可行的試驗(yàn)方案。

【1】成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè):單行本:液壓控制［M］.5版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

【2】楊爾莊.環(huán)保節(jié)能和液壓技術(shù)［J］.液壓氣動(dòng)與密封，2005(5):7－15.

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

【4】蘇杭，劉延俊.液壓與氣壓傳動(dòng)學(xué)習(xí)及實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

【5】冀宏，李志峰，王崢嶸，等.液壓電機(jī)葉片泵樣機(jī)的性能試驗(yàn)［J］.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2010(11):48－53.

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

【7】李艷杰，付曉云.液壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)的新型節(jié)能技術(shù)探討［J］.沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)報(bào)，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(xiàng)目 (Y201225121)

陳珊珊 (1978—)，女，碩士，講師，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械電子工程方面的研究及機(jī)電專(zhuān)業(yè)的教學(xué)工作。E－mail:syclf2073467@126.com。