【PTC2024数智液压广场 | 华中科技大学】双斜盘轴向柱塞式液压电机泵(电机+泵一体化设计)

科技   2024-10-24 06:02   浙江  
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1、总体概述

液压电机泵是将液压泵的泵体“嫁接”于电机转子内液压泵和电机完全融为一体的新型液压元件。

双斜盘轴向柱塞式液压电机泵继承了双斜盘柱塞泵所具有的多种力平衡特点,有“轴配流”和“旋转阀配流”等两种创新的轴向柱塞泵配流方式,也仍将保持柱塞泵易于变量的优势。

双斜盘柱塞泵不仅特别适合构建液压电机泵,而且还能单独成泵(或泵芯),以构建大功率液压泵。

在未来,希望液压电机泵能在分布式油源、EHA等液压系统新原理上发挥作用;在工程机械电动化、深海作业机械、航空液压件和外骨骼机器人等领域开展应用和研究开发工作;为推动液压传动与控制技术利用新能源、数智化等方面出力。


2、双斜盘液压电机泵的结构特点

双斜盘轴向柱塞泵构成的液压电机泵在结构原理上有很多优点:

(1) 双斜盘液压泵与电机在几何结构上的相容性。同一个缸体的两端面安装了 2 组相同尺寸的柱塞-滑靴-回程机构组件和 2 个尺寸相同、隔着缸体“面对面”安装的斜盘,每对柱塞同时从 2 个方向压缩同一个缸孔容积。该结构不仅排量大,而且电机转子尺寸和内部富余空间的轴向占优。

(2) 双斜盘液压泵与电机在物理原理上的相容性。因为轴向剖面内的对称结构,其转子组件具有静平衡和动平衡特征。左右 2 组作用于多个滑靴底部的支承力大小和方向左右对称,支承力的轴向分力左右平衡,支承力的侧向分力在轴向截面内力矩也左右平衡,因此,除缸体所受径向力外,其余力和力矩都是平衡的。这种平衡式原理有利于维持电机高速旋转中的稳定均匀气隙。基于双斜盘泵良好的动静平衡和主要作用力(力矩) 平衡的工作原理,以其为泵芯构成的液压电机泵还具有高转速和良好的减振降噪优势。

(3) 配流方式的多样性。双斜盘液压泵有两种配流方式,其一,轴配流,轴配流的工作原理与常规轴配流无区别,只是本项目中是应用于高速轴向柱塞泵; 其二,旋转阀配流,有别于常规阀配流泵的“斜盘转动而缸体不动”方案,而采用旋转缸体,配流阀与缸体一起旋转,即旋转阀配流,再通过缸体轴端的机械密封将压力油引出。

(4) 变量方式多样性。双斜盘轴向柱塞泵也有两种变量方式,其一,通过旋转其中一个斜盘,改变左右两个斜盘间的相位关系来实现变量,克服了传统阀配流泵变量不容易实现的缺点,同样也可以用于轴配流泵; 其二,改变其中一个斜盘倾角来实现变量,不过,此变量方式用于双斜盘结构时,不能通过斜盘倾角的方向来改变液压泵输出液流方向,仅能完成变排量,变量原理图如图所示。如能两斜盘同步动作,则同样可以实现既能变量又能改变液压泵出油方向。


3、样机特性及参数:

双斜盘轴配流轴向柱塞式液压电机泵样机,通过实验研究了样机所能达到的性能:理论排量 7 mL /r、额定工作转速 6000 r/min 下公称压力 20MPa; 5000 r/min 下最大工作压力 30 MPa; 液压泵部分的容积效率达到 91% 以上。测得液压电机泵总效率最高值到达 61% ,中等转速区间(2000~4500r/min) 和压力区间(10~30 MPa) 范围内总效率在 0.56~0. 61。

双斜盘阀配流轴向柱塞式液压电机泵的样机,一种依靠改变左右斜盘相对位置角度关系来实现液压泵排量改变的变量方式。研究表明: 样机技术指标达到了额定压力20 MPa,输出流量 298 mL /min,容积效率达到 96%。泵在中速( 750 ~ 1200 r/min) 时可保持较好的排量,而且在高速( 1200~1500 r/min) 时排量降低不显著。


4、产品实物图

18kw液压电机泵(交流异步)

10kw液压电机泵(永磁同步)
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参考资料:

[1]娄正坤,朱碧海,姬增起,等.变量型阀配流柱塞式液压电机泵的研制[J].液压与气动,2018,(05):58-62.

[2]程江成,朱碧海.双斜盘轴配流轴向柱塞式液压电机泵的实验研究[J].液压与气动,2023,47(03):90-99.

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