液压电机泵发展概述

若景致如画

液压电机泵发展概述

摘要：通过分析“三段式”液压动力单元的缺点，加之社会对静音、节能、环保等要求的日益提高，液压动力单元正在逐渐由离散式结构——电机油泵组,向液压电机泵方向演变。液压电机泵是将浸油电动机和液压泵集成在一个壳体内的新型一体化电动液压动力单元，具有结构紧凑、噪声低等突出优点。液压电机泵已成为推动液压技术发展的重要方向之一。

关键词：液压电机泵  “三段式”结构  静音  节能

液压系统的动力源——原动机与泵是液压系统的基础和关键，即“心脏”。对于传统的液压动力单元，其主要为“三段式”结构——即由独立的电动机（或内燃机）、联轴器和独立的液压泵构成。这种液压动力单元主要存在结构复杂，效率较低，噪声大，有外泄漏等问题。近年来，液压电机泵的发展受到了越来越广泛的关注和重视。液压电机泵是将浸油电动机和液压泵集成在一个壳体内的新型一体化电动液压动力单元，电动机和液压泵共用同一根轴，由油流达到冷却效果，省去了冷却风扇，转轴无外伸、不需要动密封，具有结构紧凑、噪声低等优点。液压电机泵适应了液压技术向静音、节能、环保的发展趋势，具有重要的研究价值和广阔的应用前景。

1.液压电机泵发展背景

长期以来，离散式液压动力单元在液压系统中应用最为普遍，其基本结构形态为电动机、联轴器、液压泵等独立元件的连接组合。但是，随着人们对节能环保，清洁降耗，低碳排放的要求不断提高，这种“三段式”液压动力单元显示出一些难以克服的缺点，主要表现在以下方面：

(1)体积、重量大：电动机占据整个液压动力单元的绝大部分体积，作为液压动力单元核心的液压泵，其体积和重量只有同等功率电动机的12%左右。

(2)独立电动机中的冷却风扇使得整个动力单元噪声增大。独立的电动机普遍采用冷却风扇进行空气冷却，在冷却的同时，引入了空气动力性噪声和机械噪声，随着液压噪声控制技术的进步，空气动力噪声对整个液压动力单元的影响日益突出。

(3)多处连接及配合不仅降低了能量转化效率及可靠性，而且增加了动力单元的复杂性。

(4)由于液压泵有外伸泵轴，因此存在外部泄漏途径。泵轴动密封处的泄漏不能根本消除，即使初始密封状态良好，长时间运行后因磨损所也会有泄漏现象出现。

由于传统液压动力单元具有上述缺点和不足，加之社会对节能环保问题的高度重视，液压传动与控制技术面临着与电气传动、机械传动的强有力竞争。为提高液压传动的综合实力和竞争力，现代液压动力单元正向集成化、节能化、高效率化（低能耗）的方向发展。近些年来，液压电机泵的研究与发展得到了国内外的高度重视，尤其在德、日、美等发达国家，其产品开发得到大力推进，国内对液压动力单元的一体化研究也正在逐渐开展。

2.液压电机泵的发展

20世纪80年代，液压泵与电动机开始被考虑组装到一起。因为其结构基本没有大的变化，此时的液压动力单元可称为“电机油泵组”。20世纪90年代液压电机泵进入到飞速发展的阶段，一些发达国家和地区已经注意了液压电机泵的研究，并陆续出现了液压电机泵的专利及样机，目前已经进入生产应用阶段。

1994年美国Vickers公司开发出一种新的产品IMP(Integrated Motor Pump)。这是国外第一次把电机输出轴和液压泵轴对接在一起作为一个液压动力单元。这种集成设计减少了外泄漏、减小了体积、降低了噪声和维修保养的费用。据Vickers公司实验中心测试，一个60hp的集成动力单元在噪声上比传统的三段式液压动力单元小10～12dB左右。

2004年，日本油研公司推出了一种液压电机轴向柱塞泵，它是把旋转电机输出轴与轴向柱塞泵的轴联为一体，省去了连轴器，并集成在一个电机的壳体中，省去了电动机冷却风扇。体积比常规的电动机－柱塞泵液压动力单元减小30％，噪声降低10～15dB。

德国VOITH公司于2005年开发了一种内啮合齿轮电机泵，其是将内啮合齿与电动机集成在一起，体积比常规电动机－齿轮泵液压动力单元减小50％，噪声降低显著。实验显示，16台内啮合齿轮电机泵的噪声相当于1台常规的电动机－齿轮泵液压动力单元的噪声。

目前，国内相关研究机构也开展了液压电机泵方面的相关研究。如燕山大学进行数字控制交流伺服变速变量轴向柱塞液压电机泵的研究，北京航空航天大学进行直流伺服电机和内啮合齿轮泵的研究。但是，国内液压动力单元一体化方面开展的研究工作还比较少，也没有得到国内产业界的充分重视。

2007年兰州理工大学现代液压元件研究团队研制出一种液压电机叶片泵，并开展了样机基础试验研究。油液由进油口 进入液压电机叶片泵内，经过电动机壳体上的流道及定转子间的气隙，而进入叶片泵的吸油窗口，经过叶片泵工作腔的压缩，高压油从排油口排出。在转子套上离心泵的作用下把低压油输送至泵心座底部的通油孔。

3.电机泵研究现状及存在问题

通过对电机泵的能量转化效率进行计算、液压电机泵损耗机理理论分析、电机的瞬态电磁场数值仿真、内置矩形聚四氟乙烯密封圈的密封机理研究、泵芯座变形仿真及电机泵内部流场的仿真。开发出了一台液压电机泵样机，建立了电机泵性能试验系统，得到了样机的输入电量参数、输出液压能参数及内部转子转速和壳体内部压力等参数，获得了液压电机泵样机的转子转速、噪声、功率和效率等随输出压力变化的特性，并与同等功率液压电机油泵组的试验结果进行了对比。试验表明：相比于同等规格的电机油泵组，电机泵样机的体积减小50%、轴向尺寸减小61%，噪声降低约7dB。同时也发现样机存在内部流道狭窄引起的气泡析出和内部密封不良引起的额外泄漏等问题。通过理论分析及仿真计算，得出了导致上述问题出现的原因，并改进样机内部部分零件，进一步改善了样机性能。目前，改进后的液压电片泵样机试验得到了较为理想的结果：15MPa时的容积效率达到了80.7％，并且噪声进一步降低了约4dB。已设计出的第二代液压电机泵样机已经研制完成，正在进行试验研究。

4.液压电机泵发展展望

    随着经济社会的发展，传统液压动力单元和现代化需求的矛盾将越来越明显。因此液压电机泵的研究和应用将迈入现代液压技术发展的快车道。在已有研究成果及结论的基础上，本课题可以从以下几个方面开展进一步的研究工作。

（1）在已有的试验条件基础上，进一步开展液压电机叶片泵样机试验研究，测定空载时的浸油电机的励磁电阻、励磁阻抗、铁耗及机械损耗；开展液压电机泵的冲击、超速、超载、高温、噪声、使用寿命等试验项目，从而进一步完善液压电机泵的试验方法。

（2）在本文主泵吸油流场仿真计算的基础上，建立液压电机泵虚拟样机，利用计算流体力学方法对其内部的全局流场进行流动分析，获取流场的主要特征，为液压电机泵进一步优化设计提供理论依据。

（3）经过反复多次结构优化与参数修正，分析计算结果与试验数据，形成液压电机泵的构型及设计方法，为液压电机泵的市场化与系列化提供保证。

5.结论

液压电机泵具有结构紧凑、噪声低等优点，克服了传统型电动液压动力单元的诸多缺点。因此，液压电机泵具有重要的研究价值和应用前景，将成为推动液压技术创新发展和应用领域扩大的重要推动力之一。深入开展液压电机泵的研究，对促进具有自主知识产权的高品质液压动力单元的开发与应用具有重要意义。

参考文献

【1】许仰曾. 21 世纪液压泵的发展趋势[ J] . 现代制造, 2001 ( 5) :72-73

【2】杨尔庄． 环保节能和液压技术［J］． 液压气动与密封，2005( 5) : 7 － 15．

【3】冀宏，丁大力，王峥嵘，等． 液压电机泵内置孔板离心泵的流场解析与优化［J］．机械工程学报，2009，45 ( 6) :199 － 205．

【4】冀宏，李志峰，王峥嵘，等． 液压电机泵中样机的性能试验［J］． 农业机械学报， 2010， 41( 11) : 48 － 51．

【5】张大杰，高殿荣，王有杰，等． 基于ANSYS 的轴向柱塞液压电机泵电磁场数值计算与分析［J］． 机械工程学报，2008， 44( 12) : 69 － 74．

【6】高殿荣，王有杰，陆向辉，等． 基于技术的新型轴向柱塞液压电机泵流场计算与分析［J］．机床与液压， 2010， 38( 5) : 4 － 8．

【7】冀宏，胡启辉，王峥嵘，等． 电机内嵌叶片泵: 中国，200710305961． 3［P］． 2008 － 09 － 03．

学院：能动学院

姓名：史  青

学号：122080202019