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进行工况分析、确定液压系统的主要参数
进行工况分析、确定液压系统的主要参数 |
深圳市金泰克液压机械有限公司 2009-07-20 16:09:28 作者:SystemMaster 来源: |
通过工况分析,可以看出液压执行元件在工作过程中速度和载荷变化情况,为确定系统及各执行元件的参数提供依据。
液压系统的主要参数是压力和流量,它们是设计液压系统,选择液压元件的主要依据。压力决定于外载荷。流量取决于液压执行元件的运动速度和结构尺寸。
2.1 载荷的组成和计算
2.1.1 液压缸的载荷组成与计算
图1表示一个以液压缸为执行元件的液压系统计算简图。各有关参数标注图上,其中FW是作用在活塞杆上的外部载荷,Fm中活塞与缸壁以及活塞杆与导向套之间的密封阻力。
![]() 图1液压系统计算简图 作用在活塞杆上的外部载荷包括工作载荷Fg,导轨的摩擦力Ff和由于速度变化而产生的惯性力Fa。
(1)工作载荷Fg
常见的工作载荷有作用于活塞杆轴线上的重力、切削力、挤压力等。这些作用力的方向如与活塞运动方向相同为负,相反为正。
(2)导轨摩擦载荷Ff
对于平导轨
![]() 对于V型导轨
![]() 式中 G——运动部件所受的重力(N);
FN——外载荷作用于导轨上的正压力(N);
μ——摩擦系数,见表1;
α——V型导轨的夹角,一般为90°。
(3)惯性载荷Fa
![]() 表1 摩擦系数μ
式中 g——重力加速度;g=9.81m/s2;
△υ——速度变化量(m/s);
以上三种载荷之和称为液压缸的外载荷FW。
起动加速时 FW=Fg+Ff+Fa (4)
稳态运动时 FW=Fg+Ff (5)
减速制动时 FW=Fg+Ff-Fa (6)
工作载荷Fg并非每阶段都存在,如该阶段没有工作,则 Fg=0。
除外载荷FW外,作用于活塞上的载荷F还包括液压缸密封处的摩擦阻力Fm,由于各种缸的密封材质和密封形成不同,密封阻力难以精确计算,一般估算为
![]() 式中 ηm——液压缸的机械效率,一般取0.90~0.95。
![]() 2.1.2 液压马达载荷力矩的组成与计算
(1)工作载荷力矩Tg
常见的载荷力矩有被驱动轮的阻力矩、液压卷筒的阻力矩等。
(2)轴颈摩擦力矩Tf
Tf=μGr (9)
式中 G——旋转部件施加于轴劲上的径向力(N);
μ——摩擦系数,参考表1选用;
r——旋转轴的半径(m)。
(3)惯性力矩Ta
![]() 式中 ε——角加速度(rad/s2);
△ω——角速度变化量(rad/s);
△t——起动或制动时间(s);
J——回转部件的转动惯量(kg·m2)。
起动加速时
![]() 稳定运行时
![]() 减速制动时
![]() 计算液压马达载荷转矩T时还要考虑液压马达的机械效率ηm(ηm=0.9~0.99)。
![]() 根据液压缸或液压马达各阶段的载荷,绘制出执行元件的载荷循环图,以便进一步选择系统工作压力和确定其他有关参数。
2.2 初选系统工作压力
压力的选择要根据载荷大小和设备类型而定。还要考虑执行元件的装配空间、经济条件及元件供应情况等的限制。在载荷一定的情况下,工作压力低,势必要加大执行元件的结构尺寸,对某些设备来说,尺寸要受到限制,从材料消耗角度看出不经济;反之,压力选得太高,对泵、缸、阀等元件的材质、密封、制造精度也要求很高,必然要提高设备成本。一般来说,对于固定的尺寸不太受限的设备,压力可以选低一些,行走机械重载设备压力要选得高一些。具体选择可参考表2和表3。
2.3 计算液压缸的主要结构尺寸和液压马达的排量
(1)计算液压缸的主要结构尺寸
液压缸有关设计参数见图2。图a为液压缸活塞杆工作在受压状态,图b活塞杆工作在受拉状态。
活塞杆受压时
![]() 活塞杆受压时
![]()
p1——液压缸工作腔压力(Pa);
p2——液压缸回油腔压力(Pa),即背压力。其值根据回路的具体情况而定,初算时可参照表4取值。差动连接时要另行考虑;
D——活塞直径(m);
d——活塞杆直径(m)。
![]() 图2 液压缸主要设计参数 表2 按载荷选择工作压力
表3 各种机械常用的系统工作压力
表4 执行元件背压力
一般,液压缸在受压状态下工作,其活塞面积为
![]() 运用式(17)须事先确定A1与A2的关系,或是活塞杆径d与活塞直径D的关系,令杆径比φ=d/D,其比值可按表5和表6选取。
![]() 采用差动连接时,υ1/υ2=(D2-d2)/d2。如果求往返速度相同时,应取d=0.71D。
对行程与活塞杆直径比l/d>10的受压柱塞或活塞杆,还要做压杆稳定性验算。
当工作速度很低时,还须按最低速度要求验算液压缸尺寸
![]() 式中 A——液压缸有效工作面积(m2);
Qmin——系统最小稳定流量(m3/s),在节流调速中取决于回路中所设调速阀或节流阀的最小稳定流量。容积调速中决定于变量泵的最小稳定流量。
υmin——运动机构要求的最小工作速度(m/s)。
如果液压缸的有效工作面积A不能满足最低稳定速度的要求,则应按最低稳定速度确定液压缸的结构尺寸。
另外,如果执行元件安装尺寸受到限制,液压缸的缸径及活塞杆的直径须事先确定时,可按载荷的要求和液压缸的结构尺寸来确定系统的工作压力。
液压缸直径D和活塞杆直径d的计算值要按国标规定的液压缸的有关标准进行圆整。如与标准液压缸参数相近,最好选用国产标准液压缸,免于自行设计加工。常用液压缸内径及活塞杆直径见表7和表8。
表5 按工作压力选取d/D
表6 按速比要求确定d/D
注:υ1—无杆腔进油时活塞运动速度;
υ2—有杆腔进油时活塞运动速度。
表7 常用液压缸内径D(mm)
表8 活塞杆直径d(mm)
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