液压泵的发展展望
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第
1 期 (总第 91 期) 2002 年 2 月
液
压 气 动 与 密 Hyd. Pneum. & Seals
封
No .
1 (Serial No. 91) Feb. ,2002
液压泵的发展展望
俞云飞
中图分类号 : TH137 文献标识码 :B 文章编号 :1008 - 0813 (2002) 1 - 02 - 05
液压泵经历了近一个世纪的发展已经比较成 熟 ,因此要求更高的设计工艺水平以及融合现代化 的最新技术才能达到更完美的阶段 。为进一步发展 液压泵 ,下述的八个方面是目前从技术以及应用方 面我们须努力追求的 : 1. 1 更高的功率质量比
以上海液气总公司生产的 90 系列通轴式轴向 柱塞泵而言 ,目前排量 100ml/ r 的泵 ,它的功率质量 比是我国早期生产的同排量 ZDB725 轴向柱塞泵的 6 倍 ,是当前市场上还销售的相近排量 C Y 泵的 3～ 4 倍。
© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
渐进的过程 。最佳的工作压力是随着机械工业发展 水平而提高的 ,以近十年可预见的目标而言 56Mpa 已是期望之值 (排量为 250ml/ r) (见图 2)
图 2 液压系统中压力与各组成部份重量的关系
液压传动的节能是开发应用中最受用户关注的 问题之一 。节能不仅使装置费用下降 ,还使系统的 冷却措施简化或要求降低 ,有利于工作介质的稳定 性 ,不致于使油质受温度影响而恶化从而造成介质 氧化后使用期下降 ,以保持更好的系统清洁度 ,使系 统能长度稳定正常工作 。液压泵变量控制装置就是 从这一目的出发 ,以保证能合理的利用与工作负载 相匹配起来 。迄今 ,液压泵的恒压 、负载敏感以及恒 功率控制方式已经被普遍采用 。上海液压泵厂 、上 海高压油泵厂以及合资的上海萨澳液压传动有限公 司所生产的 A2V 、A6V 、A8V 、C Y 以及 90 系列的通 轴泵 、斜盘式液压柱塞泵中 ,这些变量控制方式均已 采用 ,满足了各种用户需要的各种控制方式 。
低噪声是泵在应用中很重要的被选因素之一 、 从用户的角度看 ,液压泵的噪声在 60dB 左右是一 个理想的噪声水平 。但由于随着使用压力 、排量的 加大 ,80dB 是一个可接受的噪声级 。90dB 则被认 为是超过了接受的范围 。目前我国生产的大排量柱 塞泵需要作出进一步改进以降低噪声 。在降低噪声 方面主要是配油盘的改进 ,因为这是一个主要噪声 源 。但是在吸油能力方面还有很大的改进余地 ,但 是仅仅考虑液压噪声源是不够的 ,泵体的刚性 、轴承 的性能型式与结构等都是需要综合考虑的方面 。 1. 4 结构设计的通用性
从图一可见 ,我国去年的三大类泵的产量占有比中 齿轮泵占 78. 2 %。叶片泵由于压力级的提高 、噪音 低的优势明显 ,一直具有不可替代的地位 。但随着 电液压传动领域中的竞争加剧 ,在某些应用领域中 特别是低功率的领域中电传动的进入 ,叶片泵的产 量有轻微下降趋势达 0. 7 %左右 。三大类泵应用现 状请见表 1 。
在我国某些液压设计手册里将寿命设计指标订 得偏低 。泵的寿命设计中轴承是一个主要方面 ,今 后 10000 小时或更长的工作寿命是目前技术水平完 全可以达得到的 。 2 液压泵的高压化
随着科学技术的发展 ,电传动技术有了明显长 足的进步 ,诸如电伺服电机 、变频技术等的出现 ,在 低功率的范围内已对液压传动技术形成了有威胁的 挑战 。作为液压技术生存发展的优势就在于有远远 高于电传动的功率质量比 。要保持这一优势 ,让用 户在大功率的情况下优先选择或只有选择液压传 动 ,其中一个决定性因素就是提高使用压力 ,只有这 样液压产品才能不断扩展其应用范围 、扩大市场容 量 。这就正说明了为什么高压化的趋势 ,自液压技 术被应用以来从未间断过 ,并在 21 世纪会继续发展 并加大力度 。在液压高压化的发展中首要的是泵 (马达) 的高压化 。
图 1 我国三大类泵的产量占有比 (2000 年)
表 1 三大类泵应用现状
类别
类型
应用优势
应用弱点
主要应用领域
齿轮泵 叶片泵 柱塞泵
外啮合式
使用 压 力 在 21Mpa 以 下 , 价 格 低 、体 积 小 、污染敏感度相对低 ,允许转速最高 。
效力最低 、不能变量 、噪音较大 、最大排 量比其他二种型式小 。
不能通轴 安装布置
,外形尺寸大 ,不便回路组合与 ,维修 、装卸要求较高 。
径向式
使用压力可超过斜轴泵 ,可通轴 ,寿命最 长 ,变量型式与轴向式相当 ,在液压马达 方面优势明显
外径偏大 ,允许转速偏低 ,在某种情况下 不便于安装布置
农业机械 工程机械
塑料机械 机床 锻压机械
工程机械 运输机械 冶金机械
企业管理对企业领导层来说 ,主要是企业战略 的管理 。对企业自己产品的发展进行分析和思考 , 另是企业战略管理的重要前题 。
本文在液压泵的应用现状基础上 ,对其在高压 化 、信息化 、智能化 、机电合一化与纯水液压泵的当 前主要发展方向上 ,作了进一步的阐述 。并对我国 的液压泵的发展进行了回顾与瞻望 。 1 、液压泵的应用现状与发展要求
液压泵压力等级的提高意味着机械体积的减 小 ,也会使整个液压系统所用介质明显减少 。这个 优点在行走机械的液压传动中特别突出 ,因此高压 泵的面大量广的应用前景之一是在工程机械方面 。 这一些优点会使主机体积减小或更紧凑 ,生产成本 有所下降 ,而且动态性能还会提高 。在图 2 ,我们给 出了液压泵压力与系统各部分重量的关系 。从中可 见压力提高以后 ,液压介质重量 、管路重量下降是最 明显的 ,执行机构与液压元件的重量也有下降 。
内啮合式 (楔块式 、 摆线式)
自吸性好 、噪音低 、流量振动小 在液压马达方面优势更强 。
,摆线式
价格高于外啮合 ,性能在主要方面改善 不突出 ,生产厂商少 ,可选性差些 。
双作用式
噪音低 ,价格明显低于柱塞泵 ,泵芯插装 式使维修简捷 ,连接口可选择或调整 ,应 用压力在 28Mpa 以下可与柱塞泵竞争 , 连轴联接容易 ,使用寿命长
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4 液 压 气 动 与 密 封 2002 年第 1 期
图 3 反映了日本 、德国 、美国等各大液压厂商在 近三十年来发展液压泵最高额定工作压力的情况 。 这些数据以产品样本为准 ,不包括各厂商正在发展 试验或已应用的实际情况 。实际上当今最先进的液 压泵的使用压力已达到 50Mpa 。 3 液压泵变量的信息化 、智能化控制
图 4 电子排量泵的原理 图 5 电子排量泵控制原理
更高的功率质量比意味着今后泵的发展将会有 更高的额定工作压力及允许更大的额定工作转速 。 1. 2 更好工作的性能与更高的效率
在除去压力 、排量 、流量 、转速之外 ,效率是与用 户运行费用效益紧密联系的主要性能指标之一 。流 量脉动 、噪音 、抗污染能力都是用户选择或是使用时 十分关心的指标 。 1. 3 更高的噪音水平
然而这一压力的提高受到二种条件的制约 ,液 压泵最高工作压力的增加是以材料的改进及其处理 技术的提高 、加工精度及装配精度的提高及加工手 段的先进为代价 ,因此这会使制造成本的提高 。另 外目前由于密封及管路材料的性能限制 ,压力的增 加会增加其他元件或配件的成本 。因此液压泵的最 高工作压力是与机械加工整体水平相一致的 ,与液 压附件的耐压力提高的水平相一致的 。这将是一个
不能变量 ,最低转速有限制 (不允许低于 600rpm) ,价格中等 。
单作用式
变量泵中价格最低 ,只要压力符合应优 选 ,但一般只用於恒压变量
使用压力很低 ,一般在 10Mpa 左右 ,最 高使用压力才 18Mpa ,目前采用渐少 、几 乎被淘汰 。
使用压力超过 31. 5Mpa ,变量型式丰富 ,
从设计方面降低制造成本做到泵与马达共用旋 转组件 ,开式泵与闭式泵共用泵体 。变量装置的组 合通用化更是一个可以开发的领域 。 1. 5 泵的集成模块化
用户越来越青睐集成化的泵 ,除去变量机械的 模块化之外 ,在溢流功能 、过滤功能等方面均能以模 块化的方式集成在泵上 ,以便于用户选用 ,并减少用 户在设计与组成系统时的麻烦 ,同时安全可靠性还 有所提高 。 1. 6 通用 、简捷 、更可靠的安装方式
液压泵的发展历史已有近一个世纪 。但是其型 式主要为三种 ,即齿轮泵 、叶片泵 、柱塞泵 ,摆线类液 压泵归属齿轮泵类型 。从世界各国以及我国的应用 而言 ,这三类泵呈三足鼎立之势 ,近年来并无明显的 变化 。但从技术发展及实际市场占有量的变化趋势 看 ,有利于通轴柱塞泵的发展 ,无论从回路组合与节 能方面看 ,这方面会进一步加强 ;斜轴泵有其明显的 优点 ,压力高 、寿命长 ,但是通轴在结构上有困难 ,体 积偏大 ,不便回路组合 ,因此应用有减少趋势 。齿轮 泵由于结构简单 、成本低等优点 ,产量居绝对优势 。
随着液压系统在冶金 、工程机械等大型设备中 日益广泛被采用 ,对于变量控制系统提出了更高的 要求 。另一方面液压比例技术 、伺服技术的发展使 变量控制已与系统控制密切地结合起来 ,使变量泵 的从原单一的节能要求走向为系统的智能化与信息 化奠定了完整的硬件基础 。
电子排量泵是当前正在发展的一种液压泵变量 控制的方式 ,其控制原理可见图 4 电子排量泵原理 及图 5 电子排量泵控制原理 。 电子排量泵已由各世界著名液压厂商供应市 场 ,它能适应恒压 、负载敏感与恒功率等各种变量要
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2002年 2 月 俞云飞 :液压泵的发展展望 3
轴 Fra Baidu bibliotek 向
斜 盘 式
能实现变量的智能化与网络化 ,通轴形 式便于回路组合 ,在结构上可与任何其 他形式泵组合 ,易获大流量高转速外形 尺寸小 ,便于布置 (功率质量比大) 总效
价格贵 ,自吸性差 ,对污染敏感 ,维护维 修要求高 。
率高
式
斜 轴 式
使用压力是所有泵型中最高的 ,排量大 、 转速高均优于其他类型泵 ,可用于闭式 回路
用户对于简捷可靠的安装方式是十分欢迎的 , 叶片泵在这一方面比较突出 。电机与泵之间节省去 联轴节而合一又是一个方向 。这一点对液压泵在使 用现场的维修价值更大 。目前现有的在安装方式上
的改进上虽然有进展 ,往往因价格随之剧升而使其 优越性被抵消 。 1. 7 低成本的泵
降低成本已成为各公司扩大市场容量的杀手锏 之一 。在这一方面结构设计 、零件的无切削加工工 艺方法应受到极大关注 ,为泵的生产成本降低奠定 更好的操作基础 。从这一方面应该看到 、成本与批 量有一定联系 、因此如何加大批量改进国内液压产 业结构也是文外之题无法回避 。 1. 8 寿命与可靠性
图 3 液压泵最高的额定工作压力的发展
值得一提的是 ,当前国内外液压厂商在液压泵 的压力技术参数指标的提法与国内行业标准使用的 指标提法有不完全相同之处 。目前许多厂商样本使 用峰值压力 、最大工作压力 、连续工作压力等指林标 供用户选用 ,而国内的行业标准中规定的是使用额 定压力及最高压力尽管这不同的提法有共通之处 , 例如额定工作压力相当于连续工作压力 ,而最高压 力相当于最大工作压力或峰值压力 (是在超载试验 中所用) 。因此液压名词学语的统一工作也将应技 术的发展而发展 。
1 期 (总第 91 期) 2002 年 2 月
液
压 气 动 与 密 Hyd. Pneum. & Seals
封
No .
1 (Serial No. 91) Feb. ,2002
液压泵的发展展望
俞云飞
中图分类号 : TH137 文献标识码 :B 文章编号 :1008 - 0813 (2002) 1 - 02 - 05
液压泵经历了近一个世纪的发展已经比较成 熟 ,因此要求更高的设计工艺水平以及融合现代化 的最新技术才能达到更完美的阶段 。为进一步发展 液压泵 ,下述的八个方面是目前从技术以及应用方 面我们须努力追求的 : 1. 1 更高的功率质量比
以上海液气总公司生产的 90 系列通轴式轴向 柱塞泵而言 ,目前排量 100ml/ r 的泵 ,它的功率质量 比是我国早期生产的同排量 ZDB725 轴向柱塞泵的 6 倍 ,是当前市场上还销售的相近排量 C Y 泵的 3～ 4 倍。
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渐进的过程 。最佳的工作压力是随着机械工业发展 水平而提高的 ,以近十年可预见的目标而言 56Mpa 已是期望之值 (排量为 250ml/ r) (见图 2)
图 2 液压系统中压力与各组成部份重量的关系
液压传动的节能是开发应用中最受用户关注的 问题之一 。节能不仅使装置费用下降 ,还使系统的 冷却措施简化或要求降低 ,有利于工作介质的稳定 性 ,不致于使油质受温度影响而恶化从而造成介质 氧化后使用期下降 ,以保持更好的系统清洁度 ,使系 统能长度稳定正常工作 。液压泵变量控制装置就是 从这一目的出发 ,以保证能合理的利用与工作负载 相匹配起来 。迄今 ,液压泵的恒压 、负载敏感以及恒 功率控制方式已经被普遍采用 。上海液压泵厂 、上 海高压油泵厂以及合资的上海萨澳液压传动有限公 司所生产的 A2V 、A6V 、A8V 、C Y 以及 90 系列的通 轴泵 、斜盘式液压柱塞泵中 ,这些变量控制方式均已 采用 ,满足了各种用户需要的各种控制方式 。
低噪声是泵在应用中很重要的被选因素之一 、 从用户的角度看 ,液压泵的噪声在 60dB 左右是一 个理想的噪声水平 。但由于随着使用压力 、排量的 加大 ,80dB 是一个可接受的噪声级 。90dB 则被认 为是超过了接受的范围 。目前我国生产的大排量柱 塞泵需要作出进一步改进以降低噪声 。在降低噪声 方面主要是配油盘的改进 ,因为这是一个主要噪声 源 。但是在吸油能力方面还有很大的改进余地 ,但 是仅仅考虑液压噪声源是不够的 ,泵体的刚性 、轴承 的性能型式与结构等都是需要综合考虑的方面 。 1. 4 结构设计的通用性
从图一可见 ,我国去年的三大类泵的产量占有比中 齿轮泵占 78. 2 %。叶片泵由于压力级的提高 、噪音 低的优势明显 ,一直具有不可替代的地位 。但随着 电液压传动领域中的竞争加剧 ,在某些应用领域中 特别是低功率的领域中电传动的进入 ,叶片泵的产 量有轻微下降趋势达 0. 7 %左右 。三大类泵应用现 状请见表 1 。
在我国某些液压设计手册里将寿命设计指标订 得偏低 。泵的寿命设计中轴承是一个主要方面 ,今 后 10000 小时或更长的工作寿命是目前技术水平完 全可以达得到的 。 2 液压泵的高压化
随着科学技术的发展 ,电传动技术有了明显长 足的进步 ,诸如电伺服电机 、变频技术等的出现 ,在 低功率的范围内已对液压传动技术形成了有威胁的 挑战 。作为液压技术生存发展的优势就在于有远远 高于电传动的功率质量比 。要保持这一优势 ,让用 户在大功率的情况下优先选择或只有选择液压传 动 ,其中一个决定性因素就是提高使用压力 ,只有这 样液压产品才能不断扩展其应用范围 、扩大市场容 量 。这就正说明了为什么高压化的趋势 ,自液压技 术被应用以来从未间断过 ,并在 21 世纪会继续发展 并加大力度 。在液压高压化的发展中首要的是泵 (马达) 的高压化 。
图 1 我国三大类泵的产量占有比 (2000 年)
表 1 三大类泵应用现状
类别
类型
应用优势
应用弱点
主要应用领域
齿轮泵 叶片泵 柱塞泵
外啮合式
使用 压 力 在 21Mpa 以 下 , 价 格 低 、体 积 小 、污染敏感度相对低 ,允许转速最高 。
效力最低 、不能变量 、噪音较大 、最大排 量比其他二种型式小 。
不能通轴 安装布置
,外形尺寸大 ,不便回路组合与 ,维修 、装卸要求较高 。
径向式
使用压力可超过斜轴泵 ,可通轴 ,寿命最 长 ,变量型式与轴向式相当 ,在液压马达 方面优势明显
外径偏大 ,允许转速偏低 ,在某种情况下 不便于安装布置
农业机械 工程机械
塑料机械 机床 锻压机械
工程机械 运输机械 冶金机械
企业管理对企业领导层来说 ,主要是企业战略 的管理 。对企业自己产品的发展进行分析和思考 , 另是企业战略管理的重要前题 。
本文在液压泵的应用现状基础上 ,对其在高压 化 、信息化 、智能化 、机电合一化与纯水液压泵的当 前主要发展方向上 ,作了进一步的阐述 。并对我国 的液压泵的发展进行了回顾与瞻望 。 1 、液压泵的应用现状与发展要求
液压泵压力等级的提高意味着机械体积的减 小 ,也会使整个液压系统所用介质明显减少 。这个 优点在行走机械的液压传动中特别突出 ,因此高压 泵的面大量广的应用前景之一是在工程机械方面 。 这一些优点会使主机体积减小或更紧凑 ,生产成本 有所下降 ,而且动态性能还会提高 。在图 2 ,我们给 出了液压泵压力与系统各部分重量的关系 。从中可 见压力提高以后 ,液压介质重量 、管路重量下降是最 明显的 ,执行机构与液压元件的重量也有下降 。
内啮合式 (楔块式 、 摆线式)
自吸性好 、噪音低 、流量振动小 在液压马达方面优势更强 。
,摆线式
价格高于外啮合 ,性能在主要方面改善 不突出 ,生产厂商少 ,可选性差些 。
双作用式
噪音低 ,价格明显低于柱塞泵 ,泵芯插装 式使维修简捷 ,连接口可选择或调整 ,应 用压力在 28Mpa 以下可与柱塞泵竞争 , 连轴联接容易 ,使用寿命长
© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
4 液 压 气 动 与 密 封 2002 年第 1 期
图 3 反映了日本 、德国 、美国等各大液压厂商在 近三十年来发展液压泵最高额定工作压力的情况 。 这些数据以产品样本为准 ,不包括各厂商正在发展 试验或已应用的实际情况 。实际上当今最先进的液 压泵的使用压力已达到 50Mpa 。 3 液压泵变量的信息化 、智能化控制
图 4 电子排量泵的原理 图 5 电子排量泵控制原理
更高的功率质量比意味着今后泵的发展将会有 更高的额定工作压力及允许更大的额定工作转速 。 1. 2 更好工作的性能与更高的效率
在除去压力 、排量 、流量 、转速之外 ,效率是与用 户运行费用效益紧密联系的主要性能指标之一 。流 量脉动 、噪音 、抗污染能力都是用户选择或是使用时 十分关心的指标 。 1. 3 更高的噪音水平
然而这一压力的提高受到二种条件的制约 ,液 压泵最高工作压力的增加是以材料的改进及其处理 技术的提高 、加工精度及装配精度的提高及加工手 段的先进为代价 ,因此这会使制造成本的提高 。另 外目前由于密封及管路材料的性能限制 ,压力的增 加会增加其他元件或配件的成本 。因此液压泵的最 高工作压力是与机械加工整体水平相一致的 ,与液 压附件的耐压力提高的水平相一致的 。这将是一个
不能变量 ,最低转速有限制 (不允许低于 600rpm) ,价格中等 。
单作用式
变量泵中价格最低 ,只要压力符合应优 选 ,但一般只用於恒压变量
使用压力很低 ,一般在 10Mpa 左右 ,最 高使用压力才 18Mpa ,目前采用渐少 、几 乎被淘汰 。
使用压力超过 31. 5Mpa ,变量型式丰富 ,
从设计方面降低制造成本做到泵与马达共用旋 转组件 ,开式泵与闭式泵共用泵体 。变量装置的组 合通用化更是一个可以开发的领域 。 1. 5 泵的集成模块化
用户越来越青睐集成化的泵 ,除去变量机械的 模块化之外 ,在溢流功能 、过滤功能等方面均能以模 块化的方式集成在泵上 ,以便于用户选用 ,并减少用 户在设计与组成系统时的麻烦 ,同时安全可靠性还 有所提高 。 1. 6 通用 、简捷 、更可靠的安装方式
液压泵的发展历史已有近一个世纪 。但是其型 式主要为三种 ,即齿轮泵 、叶片泵 、柱塞泵 ,摆线类液 压泵归属齿轮泵类型 。从世界各国以及我国的应用 而言 ,这三类泵呈三足鼎立之势 ,近年来并无明显的 变化 。但从技术发展及实际市场占有量的变化趋势 看 ,有利于通轴柱塞泵的发展 ,无论从回路组合与节 能方面看 ,这方面会进一步加强 ;斜轴泵有其明显的 优点 ,压力高 、寿命长 ,但是通轴在结构上有困难 ,体 积偏大 ,不便回路组合 ,因此应用有减少趋势 。齿轮 泵由于结构简单 、成本低等优点 ,产量居绝对优势 。
随着液压系统在冶金 、工程机械等大型设备中 日益广泛被采用 ,对于变量控制系统提出了更高的 要求 。另一方面液压比例技术 、伺服技术的发展使 变量控制已与系统控制密切地结合起来 ,使变量泵 的从原单一的节能要求走向为系统的智能化与信息 化奠定了完整的硬件基础 。
电子排量泵是当前正在发展的一种液压泵变量 控制的方式 ,其控制原理可见图 4 电子排量泵原理 及图 5 电子排量泵控制原理 。 电子排量泵已由各世界著名液压厂商供应市 场 ,它能适应恒压 、负载敏感与恒功率等各种变量要
© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
2002年 2 月 俞云飞 :液压泵的发展展望 3
轴 Fra Baidu bibliotek 向
斜 盘 式
能实现变量的智能化与网络化 ,通轴形 式便于回路组合 ,在结构上可与任何其 他形式泵组合 ,易获大流量高转速外形 尺寸小 ,便于布置 (功率质量比大) 总效
价格贵 ,自吸性差 ,对污染敏感 ,维护维 修要求高 。
率高
式
斜 轴 式
使用压力是所有泵型中最高的 ,排量大 、 转速高均优于其他类型泵 ,可用于闭式 回路
用户对于简捷可靠的安装方式是十分欢迎的 , 叶片泵在这一方面比较突出 。电机与泵之间节省去 联轴节而合一又是一个方向 。这一点对液压泵在使 用现场的维修价值更大 。目前现有的在安装方式上
的改进上虽然有进展 ,往往因价格随之剧升而使其 优越性被抵消 。 1. 7 低成本的泵
降低成本已成为各公司扩大市场容量的杀手锏 之一 。在这一方面结构设计 、零件的无切削加工工 艺方法应受到极大关注 ,为泵的生产成本降低奠定 更好的操作基础 。从这一方面应该看到 、成本与批 量有一定联系 、因此如何加大批量改进国内液压产 业结构也是文外之题无法回避 。 1. 8 寿命与可靠性
图 3 液压泵最高的额定工作压力的发展
值得一提的是 ,当前国内外液压厂商在液压泵 的压力技术参数指标的提法与国内行业标准使用的 指标提法有不完全相同之处 。目前许多厂商样本使 用峰值压力 、最大工作压力 、连续工作压力等指林标 供用户选用 ,而国内的行业标准中规定的是使用额 定压力及最高压力尽管这不同的提法有共通之处 , 例如额定工作压力相当于连续工作压力 ,而最高压 力相当于最大工作压力或峰值压力 (是在超载试验 中所用) 。因此液压名词学语的统一工作也将应技 术的发展而发展 。