浅论液压油泵合理选用的是与非

韩 勇

扬州市港航事业发展中心

[摘要] 本文根据某船闸一台YQ—20型液压启闭机出现的强落阀门异常的故障现象，结合人字闸门和输水阀门的运行特点，对液压系统油泵的合理选用作了较为详细的阐述。

[关键词]船闸液压启闭机，强落阀，故障，流量，液压油泵选用

一、概述

笔者受邀对某船闸刚投入使用的液压启闭机发生的上游一扇阀门强落不能到位故障进行分析排查。到达现场后，通过查阅资料获取到闸、阀门油缸的主要技术参数。再向当班操作员问询，得到两方面的信息：1、正常的强落阀时间在两分钟左右（全行程3.3米）；现在用时十几分钟，有时都不能到位。2、类似情况在其它三个阀门（启闭机）上也出现过。于是，在平水状态下提升该阀门到全行程后进行强落试验。系统卸荷3S后，首先对系统压力、工作压力和相关油路、阀件等进行检查，未见异常。液压泵供油约25S时，阀门油缸的活塞杆开始伸出；并以平均0.3M∕min的速度下行，其间有滞顿感。运行5min45S行程约1.5M时，开始出现油泵空转，活塞杆不再动作的故障现象。停机检查，在阀门井中也未发现异物；再次启动，活塞杆仍以0.3M∕min的速度下行，直至关终到位。

从强落阀试验的整个过程来看：（1）活塞杆伸出滞后于油泵供油25S，说明液压泵的供给油量不足。因为油缸的工作压力取决于外部负载，而其运行速度则取决于液压泵所提供的油液流量。换言之，亦即在压力满足系统要求的条件下，液压泵的输出流量与活塞杆的运行速度成正比关系。如果液压泵输出的流量多，则油缸活塞杆的运行速度就快；反之若液压泵供给油缸的流量越少，则活塞杆的运行速度越慢。（2）供油量严重不足是导致活塞杆在1.5M行程处停止伸出的主要原因。（3）油泵转而活塞杆不动，说明油泵往缸筒内输送的流量达不到推动活塞杆运行的力度。

接着，重点对液压泵进行检查。从泵壳铭牌上可以清楚地看到，闸门装用的液压泵其公称排量是25ml∕r（厂家推荐使用的最大流量为40 L∕min）；而阀门装用的则是公称排量为10ml∕r的液压泵（厂家推荐使用的最大流量为16 L∕min）。显然，液压油泵选取安装是错误的，选用错误会导致油缸的输入流量明显不足，输出能量大为减小。

二、船闸闸、阀门的结构特点及对启闭速度的要求

船闸的人字型闸门是以三铰拱的作用承载水压力，其特点是只能承受单向水头，在静水条件下启闭；而钢质平板阀门则是在在动水条件下启闭，所需的启闭力较大。当涨、泄水过程中发生船舶吊缆、有人落水等危急险情时，主要通过强落阀操作，快速切断输水廊道的过水断面，稳定闸室内的水流和液位来消除安全隐患。因此，阀门在强落工况需要油泵电机组通电工作，油路上实现差动，让有杆腔的回油也直接流入无杆腔中，迫使活塞杆快速下行，迅速将阀门关闭到位。

一般对于工作行程≤4M的油缸，其启闭速度通常为0.5~1.0M∕min。在要求快速关闭的场合，能够保证在2min内关闭到位。

三、液压油泵选用错误的探究分析

下面从理论上对这个系统液压油泵选取安装的错误进行探究分析。

3.1液压泵公称排量与理论流量的换算

液压油泵的生产厂家一般在产品铭牌上标识的是公称排量（Vp）。公称排量是指在无泄漏的情况下，液压泵毎转一转所能输出油液的体积。应用中则以额定流量（Qpn）、实际流量（Qp）、理论流量（Qpt）等为常见。要将排量换算成理论流量（Qpt），其公式为

Qpt＝Vp×n

式中，n——转速。

将已知条件逐一代入此式，得到：排量10ml∕r的液压泵，其理论流量是15 L∕min；排量25ml∕r的液压泵，理论流量为37.5L∕min。

3.2阀门油缸各工况的流量分析

已知活塞直径D＝200mm ，活塞杆直径d＝140mm ，可以分别求得油缸无杆腔的有效工作面积A无和有杆腔的有效工作面积A有，即

A无＝πD2∕4＝3.14×2002÷4＝31400mm2≈0.031 m2

A有＝π（D2－d2）∕4＝3.14×（2002－1402）∕4＝16014mm2≈0.016m2

又知阀门油缸活塞杆的行程为3.3M。取常规启闭速度1.0M∕min时，则阀门的提升速度V提升＝1.0M∕min；若按能够在2min快速关闭到位的要求，则强落阀速度V强落＝1.65M∕min。根据已知的条件，可以分别求得：

①提升工况，阀门油缸的有杆腔所需的流量为

Q提升＝V提升×A有＝1×0.016×103L∕min＝16L∕min

②强落阀工况（差动连接），由液压油泵直接输送给阀门油缸无杆腔的流量为

Q强落＝V强落（A无－A有）＝1.65×（0.031－0.016）×103L∕min＝24.75L∕min≈25L∕min

③由于自落阀工况是阀门在自身重力的作用下，通过相应的液压油路的接通而实现的。液压油泵并不参与工作，所以也不作分析。

从计算结果看，强落阀门时所需的流量最大（25 L∕min），提升阀门次之（16L∕min）。

若要正确的为阀门系统选用液压泵，则该液压泵的实际流量Qp≥27.5 L∕min。其计算过程为

Qp≥k（A无－A有）Vmax≥1.1×（0.031－0.016）×1.65×103 L∕min≥27.5 L∕min

式中，Qp————液压泵的实际流量，L∕min；

k————回路泄漏的修正系数，在1.1~1.3之间选取；

Vmax————油缸活塞杆的最大移动速度，M∕min。

3.3闸门油缸各工况的流量分析

已知闸门油缸活塞杆的行程为2.9M。闸门在开启（或关闭）慢速运行时，取启闭速度0.5 M∕min；快速运行时，取启闭速度1M∕min，则V慢开＝V慢关＝0.5 M∕min，V快开＝V快关＝1 M∕min。也可以分别求得：

①闸门慢速开启时，油缸有杆腔所需的流量

Q慢开＝V慢开×A有＝0.5×0.016×103 L∕min＝8L∕min

②闸门快速开启时，油缸有杆腔所需的流量

Q快开＝V快开×A有＝1×0.016×103 L∕min＝16L∕min

③闸门慢速关闭时，油缸无杆腔所需的流量

Q慢关＝V慢关×（A无－A有）＝0.5×（0.031－0.016）×103 L∕min＝7.5 L∕min

④闸门快速关闭时，油缸无杆腔所需的流量

Q快关＝V快关×（A无－A有）＝1×（0.031－0.016）×103 L∕min＝15 L∕min

从计算结果看，闸门快速开启时所需的流量最大（16 L∕min），快速关闭时所需的流量次之（15L∕min）。

若要正确的为闸门系统选用液压泵，则该液压泵的实际流量Qp≥16.5 L∕min。其计算过程为

Qp≥k（A无－A有）Vmax≥1.1×（0.031－0.016）×1×103 L∕min≥16.5 L∕min

四、结论

液压泵是液压系统的一种动力源，它提供给液压传动所需的压力和流量。其选用原则是：一般根据运行工况、功率大小和系统对工作性能的要求，首先确定液压泵的类型，再按系统所要求的压力、流量来确定其规格型号。

根据分析和积累的维修经验，笔者只是简单地调整了电动机的控制线路，使闸、阀门的液压油泵实现互换，就轻松消除了该船闸阀门强落异常的故障。

参考文献：

[1]周长城、李承军、田立忠、蔡艳辉、赵以强：《液压技术基础》，机械工业出版社，2011年1月

[2]江苏省武进液压启闭机厂：《水利平面快速闸门液压启闭机基本参数（6～100t）SD114-83》，1984年11月

[3] 无锡双杨机电制造有限公司：《CY14—1B轴向柱塞泵产品说明书》，2004年

1