產品分類
聯系我們
產品搜索
液壓馬達的液壓系統性能驗算
液壓系統初步設計是在某些估計參數情況下進行的，當各回路形式、液壓元件及聯接管路等完全確定后，針對實際情況對所設計的系統進行各項性能分析。對一般液壓傳動系統來說，主要是進一步確切地計算液壓回路各段壓力損失、容積損失及系統效率，壓力沖擊和發熱溫升等。根據分析計算發現問題，對某些不合理的設計要進行重新調整，或采取其他必要的措施。
液壓系統壓力損失
壓力損失包括管路的沿程損失Δp1，管路的局部壓力損失ΔP2和閥類元件的局部損失Δp3，總的壓力損失為
Δp=Δpl+ΔP2+Δp3
△P1=λlv^2ρ/2d
ΔP2=ζv^2ρ/2
式中 l-管道的長度(m)；
d-管道內徑(m)；
v-液流平均速度（m/s）；
ρ-液壓油密度( kg/m^3)；
λ-沿程阻力系數；
ζ-局部阻力系數。
λ、ζ的具體值可參考流體力學有關內容。
△p3=Δpn(Q/Qn)^2
式中 Qn——閥的額定流量(m^3/s)；
Q——通過閥的實際流量(m^3/s)；
△pn——閥的額定壓力損失(Pa)（可從產品樣本中查到）。
對于泵到執行元件間的壓力損失，如果計算出的Ap比選泵時估計的管路損失大得多時，應該重新調整泵及其他有關元件的規格尺寸等參數。
系統的調整壓力
Pt≥Pi+ Δp
式中 Pt-液壓泵的工作壓力或支路的調整壓力。
液壓系統的發熱溫升計算
計算液壓系統的發熱功率
液壓系統工作時，除執行元件驅動外載荷輸出有效功率外，其余功率損失全部轉化為熱量，使油溫升高。液壓系統的功率損失主要有以下幾種形式：
(1)液壓泵的功率損失
Phl=1/Tt * ∑Pri(1 - ηPi)ti
式中 Tt——工作循環周期(s)；
Z——投入工作液壓泵的臺數；
Pri——液壓泵的輸入功率(W)；
ηPi——各臺液壓泵的總效率；
ti：——第i臺泵工作時間(s)。
(2)液壓執行元件的功率損失
Ph2=1/Tt *ΣPrj(1-ηj)tj
式中 M——液壓執行元件的數量；
Prj——液壓執行元件的輸入功率(W)；
ηj——液壓執行元件的效率；
tj——第j個執行元件工作時間(s)。
(3)溢流閥的功率損失
Ph3=pyQy
式中 py——溢流閥的調整壓力(Pa)；
Qy——經溢流閥流回油箱的流量(m^3/S)。
(4)油液流經閥或管路的功率損失
Ph4= ΔpQ
式中 Δp——通過閥或管路的壓力損失(Pa)；
Q——通過閥或管路的流量(m^3/S)。
由以上各種損失構成了整個系統的功率損失，即液壓系統的發熱功率
Phr=Phl+ Ph2+ Ph3+ Ph4
上式適用于回路比較簡單的液壓系統，對于復雜系統，由于功率損失的環節太多，一一計算較麻煩，通常用下式計算液壓系統的發熱功率
Phr =Pr-Pc
式中Pr是液壓系統的總輸入功率，Pc是輸出的有效功率。
Pr=1/Tt * Σpiqiti/ηpi
Pc=1/Tt(ΣFwisi+ΣTWjωjtj)
式中 Tt-工作周期(s)；
z、n、m-分別為液壓泵、液壓缸、液壓馬達的數量；
Pi、Qi、ηPi-第i臺泵的實際輸出壓力、流量、效率；
ti-第i臺泵工作時間(s)；
FWi、si-液壓缸外載荷及驅動此載荷的行程(N*m)。
計算液壓系統的散熱功率
液壓系統的散熱渠道主要是油箱表面，但如果
系統外接管路較長，而且計算發熱功率時，也應考
慮管路表面散熱。
Phc= (K1A1+ K2A2) ΔT
式中 K1——油箱散熱系數，見表2.5-1;
K2——管路散熱系數，見表2.5-2;
Ai、A2——分別為油箱、管道的散熱面積（m^2）；
△T——油溫與環境溫度之差(℃)。
表2.5-1油箱散熱系數K1
(W/ ( m^2*°C))
|
冷卻條件
|
K1
|
|
通風條件很差
通風條件良好
用風扇冷卻
循環水強制冷卻
|
8～9
15～17
23
110～170
|
表2.5-2管道散熱系數K，
( W/ (m^2*℃))
|
風速
/m- s-1
|
管道外徑/m
|
||
|
0. 01
|
0.05
|
0.1
|
|
|
0
l
5
|
8
25
69
|
6
14
40
|
5
10
23
|
若系統達到熱平衡，則Phr=Phc，油溫不再升高，此時，最大溫差
△T=Phr/(K1A1+K2A2)
環境溫度為To，則油溫T= To+ ΔT。如果計算出的油溫超過該液壓設備允許的最高油溫（各種機械允許油溫見表2.5-3），就要設法增大散熱面積，如果油箱的散熱面積不能加大，或加大一些也無濟于事時，需要裝設冷卻器。冷卻器的散熱面積
A= (Phr-Phc)/KΔtm
式中K-冷卻器的散熱系數，見本篇第8章液壓輔助元件有關散熱器的散熱系數；
Δtm -平均溫升(℃)，
Δtm=（Ti十T2）/2-(t1+t2)/2
T1 T2——液壓油入口和出口溫度；
t1、t2——冷卻水或風的人口和出口溫度。
表2.5-3各種機械允許油溫(°C)
|
液壓設備類型
|
正常工作溫度
|
最高允許溫度
|
|
數控機床
|
30～50
|
55～70
|
|
一般機床
|
30～55
|
55～70
|
|
機車車輛
|
40～60
|
70～80
|
|
船舶
|
30～60
|
80～90
|
|
冶金機械、液壓機
|
40～70
|
60—90
|
|
工程機械、礦山機械
|
50—80
|
70—90
|
根據散熱要求計算油箱容量
最大溫差AT是在初步確定油箱容積的情況下，驗算其散熱面積是否滿足要求。當系統的發熱量求出之后，可根據散熱的要求確定油箱的容量。
由AT公式可得油箱的散熱面積為
A1=（Phr/ΔT一K2A2）／K1
如不考慮管路的散熱，上式可簡化為
A1=Phr/ΔTK1
油箱主要設計參數如圖2.5-1所示。一般油面的高度為油箱高^的0.8倍，與油直接接觸的表面算全散熱面，與油不直接接觸的表面算半散熱面，圖示油箱的有效容積和散熱面積分別為
V=0.8abh
A1= 1.8h（a+b）+1.5ab
若A1求出，再根據結構要求確定a、b、h的比例關系，即可確定油箱的主要結構尺寸。
圖2.5-1 油箱結構尺寸
如按散熱要求求出的油箱容積過大，遠超出用油量的需要，且又受空間尺寸的限制，則應適當縮小油箱尺寸，增設其他散熱措施。
計算液壓系統沖擊壓力
壓力沖擊是由于管道液流速度急劇改變而形成的。例如液壓執行元件在高速運動中突然停止，換向閥的迅速開啟和關閉，都會產生高于靜態值的沖擊壓力。它不僅伴隨產生振動和噪聲，而且會因過高的沖擊壓力而使管路、液壓元件遭到破壞。對系統影響較大的壓力沖擊常為以下兩種形式：
1)當迅速打開或關閉液流通路時，在系統中產生的沖擊壓力。
直接沖擊（即t<τ）時，管道內壓力增大值
Δp=acρΔv
間接沖擊（即t>τ）時，管道內壓力增大值
Δp=acρΔvτ/t
式中 ρ——液體密度(kg/m^3)；
Δv——關閉或開啟液流通道前后管道內流速之差( m/s)；
T——關閉或打開液流通道的時間(s)；
τ=2l/ac——管道長度為l時，沖擊波往返所需的時間(s)；
ac——管道內液流中沖擊波的傳播速度(m/s)。
若不考慮粘性和管徑變化的ccc影響，沖擊波在管內的傳播速度
ac=√(Eo/ρ)/ √(1+Eod/Eδ)
式中 Eo——液壓油的體積彈性模量(Pa)，其推薦值為Eo= 700MPa;
δ、d——管道的壁厚和內徑(m)；
E——管道材料的彈性模量(Pa)，常用管道材料彈性模量：鋼E - 2.1×10^11Pa，紫銅E=1.18×l0^11Pa。
2)急劇改變液壓缸運動速度時，由于液體及運動機構的慣性作用而引起的壓力沖擊，其壓力的增大值為
△p=（∑liρA/Ai+M/A）*Δv/t
式中 li——液流第i段管道的長度(m)；
Ai——第i段管道的截面積(m^2)；
A——液壓缸活塞面積(m^2)；
M——與活塞連動的運動部件質量(kg)；
Δv——液壓缸的速度變化量(m/s)；
t——液壓缸速度變化Δv所需時間(s)。
計算出沖擊壓力后，此壓力與管道的靜態壓力之和即為此時管道的實際壓力。實際壓力若比初始設計壓力大得多時，要重新校核一下相應部位管道的強度及閥件的承壓能力，如不滿足，要重新調整。
設計液壓裝置，編制技術文件
液壓裝置總體布局
液壓系統總體布局有集中式、分散式。
集中式結構是將整個設備液壓系統的油源、控制閥部分獨立設置于主機之外或安裝在地下，組成液壓站。如冷軋機、鍛壓機、電弧爐等有強烈熱源和煙塵污染的冶金設備，一般都是采用集中供油方式。
分散式結構是把液壓系統中液壓泵、控制調節裝置分別安裝在設備上適當的地方。機床、工程機械等可移動式設備一般都采用這種結構。
液壓閥的配置形式
1)板式配置板式配置是把板式液壓元件用螺釘固定在平板上，板上鉆有與閥口對應的孔，通過管接頭聯接油管而將各閥按系統圖接通。這種配置可根據需要靈活改變回路形式。液壓實驗臺等普遍采用這種配置。
2)集成式配置 目前液壓系統大多數都采用集成形式。它是將液壓閥件安裝在集成塊上，集成 塊一方面起安裝底板作用，另一方面起內部油路作用。這種配置結構緊湊、安裝方便。
集成塊設計
1)塊體結構 集成塊的材料一般為鑄鐵或鍛鋼，低壓固定設備可用鑄鐵，高壓強振場合要用鍛鋼。塊體加工成正方體或長方體。
對于較簡單的液壓系統，其閥件較少，可安裝在同一個集成塊上。如果液壓系統復雜，控制閥較多，就要采取多個集成塊疊積的形式。
相互疊積的集成塊，上下面一般為疊積接合面，鉆有公共壓力油孔P，公用回油孔T，泄漏油孔L和4個用以疊積緊固的螺栓孔。
P孔，液壓泵輸出的壓力油經調壓后進入公用壓力油孔P．作為供給各單元回路壓力油的公用油源。
T孔，各單元回路的回油均通到公用回油孔T，流回到油箱。
L孔，各液壓閥的泄漏油，統一通過公用泄漏油孔流回油箱。
集成塊的其余四個表面，一般后面接通液壓執行元件的油管，另三個面用以安裝液壓閥。塊體內部按系統圖的要求，鉆有溝通各閥的孔道。
2)集成塊結構尺寸的確定 外形尺寸要滿足閥件的安裝，孔道布置及其他工藝要求。為減少工藝孔，縮短孔道長度，閥的安裝位置要仔細考慮，使相通油孔盡量在同一水平面或是同一豎直面上。對于復雜的液壓系統，需要多個集成塊疊積時，一定要保證三個公用油孔的坐標相同，使之疊積起來后形成三個主通道。
各通油孔的內徑要滿足允許流速的要求，一般來說，與閥直接相通的孔徑應等于所裝閥的油孔通徑。
油孔之間的壁厚δ不能太小，一方面防止使用過程中，由于油的壓力而擊穿，另一方面避免加工時，因油孔的偏斜而誤通。對于中低壓系統，δ不得小于5mm，高壓系統應更大些。
繪制正式工作圖，編寫技術文件
液壓系統完全確定后，要正規地繪出液壓系統圖。除用元件圖形符號表示的原理圖外，還包括動作循環表和元件的規格型號表。圖中各元件一般按系統停止位置表示，如特殊要求，也可以按某時刻運動狀態畫出，但要加以說明。
裝配圖包括泵站裝配圖、管路布置圖、操縱機構裝配圖，電氣系統圖等。
技術文件包括設計任務書、設計說明書和設備的使用、維護說明書等。
液壓系統設計計算實例——250克塑料注射機液壓系統設計計算
大型塑料注射機目前都是全液壓控制。其基本工作原理是：粒狀塑料通過料斗進入螺旋推進器中，螺桿轉動，將料向前推進，同時，因螺桿外裝有電加熱器，而將料熔化成粘液狀態，在此之前，合模機構已將模具閉合，當物料在螺旋推進器前端形成一定壓力時，注射機構開始將液狀料高壓快速注射到模具型腔之中，經一定時間的保壓冷卻后，開模、把成型的塑料制品頂出，便完成了一個動作循環。
現以250克塑料注射機為例，進行流壓系統設計計算。
塑料注射機的工作循環為：
合模一>注射一>保壓一>冷卻一>開模一>頂出—>螺桿預塑進料
其中合模的動作又分為：快速合模、慢速合模、鎖模。鎖模的時間較長，直到開模前這段時間都是鎖模階段。
250克塑料注射機液壓系統設計要求及有關設計參數
1對液壓系統的要求
1)合模運動要平穩，兩片模具閉合時不應有沖擊；
2)當模具閉合后，合模機構應保持閉合壓力，防止注射時將模具沖開。注射后，注射機構應保持注射壓力，使塑料充滿型腔：
3)預塑進料時，螺桿轉動，料被推到螺桿前端，這時，螺桿同注射機構一起向后退，為使螺桿前端的塑料有一定的密度，注射機構必需有一定的后退阻力：
4)為保證安全生產，系統應設有安全聯鎖裝置。
本文標題：液壓馬達的液壓系統性能驗算
分類：液壓行業知識
標簽： 寧波液壓馬達 液壓馬達
