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液压元件的创新之路,没有烟花的绚烂,只有一步一印的荆棘满途。披荆斩棘,一路向前,是我们液压人的坚守和倔强!闻德生团队30多年的液压泵马达创新之路,会给我们带来了怎样的启发?静液压【i专栏】将推出 #新型液压元件及系统 专题,系统性的为大家介绍闻德生团队在液压泵马达元件以及新型液压传动系统方面的创新成果。

在本专栏第一期中,我们为大家概述性的介绍了闻德生科研团队的创新成果体系。这些创新成果主要分为元件类和系统类两大块。在传动系统这块,团队提出了全新的“多泵多马达传动系统”的概念。这个多泵多马达和我们传统认知概念有什么样的不同呢?本期我们将就多泵多马达传动系统这个话题和大家进行进一步的探讨。
为什么提出多泵多马达传动系统
任何新技术的推出不外乎是当前的解决方案存在了不足。多泵多马达传动系统概念的提出也是因为当前传动的液压传动在实际中存在一些不易解决的难题。
目前广泛使用的液压传动系统一般是由一个单输出的液压泵(一个壳体内一个转子对应一个定子形成的一个泵)和一个单输入的液压马达(一个壳体内一个转子对应一个定子形成的一个马达)组成,即为1对1的传动。【注:这里的“定子”和“转子”的概念可以参考叶片泵中的定、转子来理解。这个名词也将会拓展到其他类型的泵中使用,如柱塞泵马达、摆动泵马达、凸轮泵马达等】
这种传动的1对1的传动系统存在一定的不足:当一个液压系统需要多(n)个不同压力,不同流量时,就必须使用多(n-1)个减压阀来解决,减压阀实质上是一个浪费的阀,它是把减下来的压力P和流量Q之积的功率,基本变为热能消耗了的阀,所消耗的功率为(n-1)PQ,造成了极大的液压损失。当一个液压系统需要多个不同压力,不同流量同时输出输入时,就需要用分流集流阀分流或集流等问题。
针对现有液压传动的不足,多输出多输入泵马达传动系统的概念被提出,并能解决上述问题,同时也体现出许多传统液压传动无法实现新的功能。
什么是多泵多马达传动系统
闻教授团队提出的“多泵多马达传动系统”概念和大家时常听到的概念有所不同。首先我们需要理解几个概念:
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多泵:一个传动轴输入,有n个互相独立,互不影响的液压输出,称之为一体多泵;分比例型,和并联型两种
- 多马达:采用多泵的结构,作为马达工况使用,称之为一体多马达
将这样的多泵、多马达组合形成的传动系统,是闻教授团队所定义的多泵多马达传统系统。
所以从这里可以理解,闻氏的多泵或多马达和传统的最大不同之处在于:传统的是相当于单泵的串接(即1个定子对应1个转子构成1个单泵,有几个单泵就是几个定、转子);闻氏的是1个定子或转子对应n个转子或定子。如下图等宽曲线双定子泵结构为例,1个转子对应2个定子。
比例型、并联型及混合型多泵多马达传动系统
对于闻氏的多泵多马达传动系统,可分为比例型、并联型和混合型三种类型。但是这里所提的“比例”概念和我们通常所理解的比例概念不同。
一个壳体内有不同排量(这些排量之间是存在确定比例关系的)单泵的泵(或马达),在这里称之为比例多泵(或马达);一个壳体内有且仅有相同排量单泵的泵(或马达),在这里称之为并联型多泵(或马达)。小编理解下来,这些泵或马达排量还是固定的,只不过比例型是包含不同固定排量的单泵,而并联型的所有单泵都是相同固定排量的。【注:我们通常所说的比例泵,是指排量可以无级变化的,而不是固定的】
下图是一款比例型多泵结构示意,双定子泵由一个转子对应2个定子,并且一个转轴带动内、外多个排量成比例的单泵。
下图是这种比例型多泵等宽曲线型的实物样机和测试回路。
下图是一款并联型多泵结构示意,每组啮合的齿轮均满足液压泵的形成条件,可以形成排量相同的单泵
下图是在上面齿轮式并联型多泵基础上改进得到的内外啮合齿轮泵,属于比例型多泵。(因为内部形成的几个单泵排量不是完全相同)
下图是这种比例型多泵齿轮型实物样机(实物样机和上图示意图不完全一致)。
混合型多泵多马达传动是建立在比例型、并联型多泵基础上的,其传动示意图如下。通过控制阀类与典型回路,多泵能实现同时驱动多个系统,多马达能实现多种工作方式的切换,输出多级定转速、定转矩。
多泵多马达传动系统小结
1. 新型液压传动将传统液压从1对1传动扩展成为N对M的传动。废除了减压阀这个能源浪费原件;实现不易实现的多级定转数传动;
2. 液压泵方面将过去一个转子对应一个定子的液压传动扩展成为n个转子对应m个定子,可以实现具有多个输出的泵,有的实现了轴向力和径向力平衡,减少了传动轴的不平衡力;
3. 液压马达实现了具有多个输入的马达,实现了力偶马达和差动马达(我们将在后续的专栏中详细介绍),并建立了多种多泵多马达传动理论和多种典型回路,为液压传动和液压元件增加很多新的内容。
多泵多马达传动系统是建立在几种多输出多输入泵马达元件基础上而拓展出来的传动方式新概念,这种新型的传动方式从理论层面上丰富了传统的传动系统,为行业的从业人员打开了另外一扇探索的窗。小编始终对任何新技术新理念都持有开放的态度,在逐步认识并理解的基础上,才有可能让新技术新理念在实际应用中落地和不断完善。
多输出多输入泵马达传动系统实例
后记
闻德生团队在液压泵马达及传动系统方面的创新成果,给了我们更多的机会从另外一扇窗来思考我们的液压传动技术。#新型液压元件及系统 专题将在后续的【i专栏】中来持续关注这个团队的创新成果,让这些成果更多的被行业所了解,让科研转化落地为行业的生产力!
为了让对于此项创新技术感兴趣的行业同仁和闻德生团队更好的交流以及推进此项技术的产业化落地,在液压气动数智化产业联盟和静液压新媒体的联合组织下,成立了“闻教授液压泵发明创新推进小组”微信交流群,可添加管理员微信号: pulseforce,邀请加入。
参考资料:
1. 中国战略性新兴产业研究与发展—高端液气密元件. 机械工业出版社
2. 新型液压传动—多泵多马达液压元件及系统. 化学工业出版社
3. 闻德生相关报告材料.
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原文始发于微信公众号(iHydrostatics静液压):【i专栏】#新型液压元件及系统(二) | 多泵多马达传动系统
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