切管机的液压马达在管道切割作业中功率如何优化？

在管道切割作业中，实施管道机械冷切割的切管机XJQG-1/3是由液压泵站及液压切管机组成。而液压泵站中液压泵的作用在于将原动机（汽油发动机或防爆电机）输人的机械能转换为管道切割液压系统内液压油的压力能，而切管机内液压马达则是将液压油的压力能转换为机械能输出，以带动铣刀和坡口刀进行管道的同时切割/坡口作业以及驱动切管机绕管道自动爬行进行切割。

如果仅就液压系统的工作原理而言，任何容积式泵（结构上采用单向吸排阀者除外），如果对其输人液压油，都将被压力油所驱动而成为液压马达。也就是说液压泵与液压马达的原理相通，可以互相转换。但因容积式液压泵为尽量减小工作容积，通过相应增高转速的方法来缩小尺寸，所以当液压泵直接改为液压马达时，将是高速小扭矩的液压马达。

为了构成管道切割作业时切管机的低速大扭矩液压马达,以便无需减速机构即可直接拖动作用机械，实际应用的液压马达在具体结构上必然与液压泵站中的液压泵存在一定差异。

1.切管机液压马达的工作性能

1.1管道切割作业专用防爆切管机中液压马达输入的液压能，可用工作油的压力P和流量Q来表示，而其输出的机械能，则以输出轴的扭矩M和转速二项指标来度量。

马达的工作压力p:马达入口油液的实际压力

马达的工作压差Δp:马达入口压力和出口压力的差值。即 Δp=p－p出 ，通常设 p出=0

则Δp=p 。

马达的实际流量：马达入口处的流量。

考虑到泄漏，则马达的理论流量：qt= q· ηV

式中：ηV——马达的容积效率

马达的输出转速等于理论流量 qt与排量 V (每转排量)的比值，即

n= qt/V= q· ηV /V

马达的实际输出转矩应考虑机械效率的影响，即

T=Tt· ηm

若马达的出口压力为零，入口工作压力为p，排量为V，则马达的理 论输出转矩为

Tt=pV/2π

而马达的实际输出转矩为

T=PV/2π*ηm

而其理论输入功率则可表达为：

P=Mω=2πn*M/60

式中M为液压马达的理论扭矩，Nm,

ω为液压马达的理论角速度，rad/s;

n为液压马达的理论转速，r/min。

1.2管道切割机的液压马达工作参数

假设液压马达按几何尺寸确定每转排量为q(ms/r)，则液压马达的理论转速为：

N=60Q/q  r/min

显然，在不考虑液压马达中所有能量损失的情况下，液压马达的理论输出功率就等于其输入功率，然而，任何实际的液压马达，在进行管道切割施工的机械运转过程中总存在着各种损失包括密封缝隙的泄漏损失，油流流动时的压力损失（液压胶管膨胀）以及各运动接触部件之间的摩擦损失等（而电动机在运行时其机械损失同液压一样，但由于其体积大、功率较小而不适合工程所用，尤其是启动时动力明显不足）。因此，液压马达的实际转速

ηm =60Qe/q=60qηV/q   r/min

2.液压马达性能优化

2.1在实际的管道切割作业，液压马达的实际转速n，主要取决于供入液压马达的流量Q、液压马达的工作容积（即每转排量）Q，和容积效率。因此，要改变液压马达的转速，可采用的方法有容积调速（采用变量油泵，改变其流量，或采用变理油马达，改变其排理，也可以采用节流调速（通过流量控制阀来改变供入油马达的流量）。

2.2液压马达的扭矩M，主要取决于工作油的压力P和液压马达的每转排量q，提高工作油压p，不仅可增大液压马达的输出扭矩M，而且还可以在功率不变的前提下，使液压元件和管路的尺寸相应减小，但同时会受到强度与密封等的条件限制，会大幅度地提高后期的维修和保养成本，并给管道切割施工单位和企业的管理工作带来不利的影响。

2.3增大管道切割作业中切管机液压马达的容积，亦即提高液压马达的每转排量q，则可在工作油压不变的情况下增大扭矩，而转速则相应变低，从而构成人低速大扭矩液压马达。一般认为额定转速低于500r/min即属于低速马达，高于500的属于高速马达，而后者用于管道切割作业时，在机箱内往往需要增加机械减速机构。

总之，在管道切割施工作业中的切管机液压马达的优化应当应对不同的管道材质和专用的刀具确定马达的合理转速和管道切削扭矩。例如，在进行铸铁管道切割作业时，选用普通刀片则需要速度扭矩较大，可以相应的减小切割速度，而使用XJ-DP3型不锈钢管道专业切割刀片时，因本身具有高强度和较小的切削面积，所需要析扭矩较小，则可以在实际操作时提高流量和速度进行管道切割作业，以提高管道切割作业的工作效率。

参考文献：

1.闻德生, 吕世君, 杜孝杰,等. 双定子液压马达差动连接理论分析[J]. 农业机械学报, 2011, 42(9):219-224.

2.席景翠, 安高成, 王明智. 低速大扭矩液压马达启动特性探讨[J]. 中国机械工程, 2008, 19(24):5.

3.兰姆贝克.R.P. 液压泵和液压马达选择与应用[M]. 机械工业出版社, 1989.

4.《先锋管道切割设备组装及装配流程》-2016，p26-28