液压机驱动泵用的原动机分类、工作原理及应用

行业动态     |     2019-11-28
摘要:液压泵排出的流量理论上正比于泵的转速,而要驱使泵转动,就要克服泵的负载转矩。泵的负载转矩正比于泵的排量和出口压力:排量越大,出口压力越高,负载转矩就越大。本文兴迪源机械带来液压机驱动泵用的原动机的分类、工作原理及应用。

  液压泵排出的流量理论上正比于泵的转速,而要驱使泵转动,就要克服泵的负载转矩。泵的负载转矩正比于泵的排量和出口压力:排量越大,出口压力越高,负载转矩就越大。本文兴迪源机械带来液压机驱动泵用的原动机的分类、工作原理及应用。

  一、液压机驱动泵用的原动机分类

  液压机驱使泵的原动机,一般有电动机和内燃机两大类。

  二、电动机的分类、工作原理及应用

  1)交流异步电动机:

  固定液压设备普遍使用交流电动,这是因为固定的交流电网现在几乎到处都有。

  用于驱动液压泵的交流电动机至今为止绝大多数为异步电动机,因为,异步电动机可以通过简单的开关(继电器)和保护装置直接与交流电网想接,结构简单,结实,能效很高,一般可达80%~87%。

  输出功率从零点几千瓦到几百千瓦,足够驱动液压泵。且由于其在全世界大量生产,所以价格也相对低廉。

  交流异步电动机的理论空载转速:

  n=120f/P          (6-1)

  式中f一交流电频率,中国电网皆为50Hz;

  p—极数,常见的有2极、4极、6极。

  电动机极数越少,转速越高,就可使用较小排量的泵获得需要的流量,而且电动机价格相应也低。但因为,从式(6-1)可以算出,在中国,2极电动机的空载转速为3000r/min,对很多液压泵来说偏高了。而4极电动机的空载转速为1500r/min,

  因此应用较普遍。

  交流异步电动机的实际转速与负载转矩有关(见图6-20)。

  图6-20某4极交流异步电动机的实测转矩特性

  n一转速T一负载转矩A一起动工况点B一最大转矩点C一额定工况点D一理论空载工况点

  1)D-C-B是正常工作区。

  如果负载转矩减小,转速就增加,最高至空载转速(D点) ;

  如果负载转矩增大,转速就降低,在约1300min时达到最大允许负载转矩(B点),约为额定转矩的2.5倍。所以,少量超载是可以的。

  2)B-A是不稳定区,必须避免。因为,如果负转矩超过最大允许负载转矩的话,转速就会下降,同时输出转矩减小,导致停转。

  从式(6-1)也可以看出,如果改变输入的交流电频率,就可以改变交流电动机的转速,这被称为变频调速。长期以来,变频设备价格昂贵,限制了变频调速技术的应用,直到20世纪90年代,技术上才得到突破,价格大大下降,现在,甚全被用到了普通家庭空调。变频调速技术现在也进入了液压行业。目前已实现: 转速范围为3000~50r/min,输出功率在100kW以上。

  2)直流电动机:

  因为移动设备的蓄电池一股都可以提供12V、24V或48V的直流电源,而微型直流电动机结构简单、价格使宣,所以,在移动机械中,小功率的场合大多使用微型直流电动机驱动液压泵(见图6-21)。有些与控制阀和油箱结合成小型液压动力站(见图6-21b),有的甚至把电动机与液压泵都装在油箱里(见图6-21c)。


  图6-21微型直流电动机驱动泵

  a)电动机泵一体化(力士乐)b)小型动力站(德国 Fluitronics)c)电动机泵内置式(哈威)

  1—电动机2一液压泵3一油箱4一控制阀

  从图6-22所示的某微型直流电动机的特性曲线可以看出,在负载转矩增加时:

  图6-22 微型直流电动机 (12V ,额定功率2kW) 的特性曲线

  T-负载转矩P-功率n-转速I-电流A-额定工况

  1)转速会明显下降,液压泵出口的流量当然也会随之下降。

  2)电流上升,这会导致电动机线圈发热,所以微型直流电动机一般只用于连续工作。

  3) 直流伺服电动机:

  如果在电动机中安装转速传感器,根据转速调整输入电压,从而使转速保持在希望值,这样就可以得到希望的流量。转子制成细长形,这样转动惯量较小, 响应较灵敏,以适应变转速调节流量(见图6-23)。


图6-23一个直流伺服电动机同时驱动两个变量泵和一个定量泵(力士乐)

  三、内燃机的工作原理及应用

  在移动设备中,目前普遍用作动力源的是内燃机:汽油机或柴油机,汽油机一般用于小型车辆,大型车辆及工程机械上普遍使用柴油机。 图6-24所示为柴油机的转速性能曲线。 从中可以看出,其特性与电动机明显不同。

  图6-24某柴油机的转速性能曲线

  n一转速R一输出单位能量的耗油量Tmax—最大输出转矩

  1)在转速为1100~1200r/min时,可输出的最大转矩Tmax值最大。之后,随着转速增加,Tmax下降。

  2)发动机的转速是由负载和燃油供应量(通过油门)共同决定的。如保持燃料供应量不变,则负载增大时,转速会下降。在负载不变时,增大燃油供应量会提高发动机转速。在转速约为1200r/min时,输出单位能量的耗油量R最小。

  所以,应该根据目标选择发动机工作转速:在需要发挥最高功率时,应工作在高转速;如果要追求最低燃料消耗,则应该工作在低转速。另外,发动机转速越低,噪声也越低。

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  部分文段和图片摘自:

  《白话液压》

  作者:张海平

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