液压传动之所以能得到广泛的应用，是由于它具有以下的主要优点：1）液压传动可方便地实现大范围内的无级调速，调速范围可达1000∶1；调速功能不受功率大小的限制。2）与电传动相比，液压传动具有质量轻、体积小、惯性小、响应快等突出优点。液压传动的缺点是：1）液压系统如果出现泄漏，会对环境保护产生不利影响。4）液压传动要求有单独的能源，不像电源那样可以公用。......
2023-06-15
液压传动与控制设计依据明确，工况分析全面
【摘要】：明确设计依据液压系统是主机的配套部分,设计液压系统时,首先要明确主机对液压系统提出的要求,具体包括:1)主机的动作要求主要指主机的哪些动作需要用液压传动来完成,这些动作有无联系,是手动循环还是自动循环,在安全可靠方面有无特殊要求等。实际上,工况分析就是进一步明确主机在性能方面的要求。表8.1导轨摩擦系数此外,液压缸运动时还需克服缸内密封装置的摩擦阻力,其大小与密封形式、液压缸的工作压力和制造质量有关。
(1)明确设计依据
液压系统是主机的配套部分,设计液压系统时,首先要明确主机对液压系统提出的要求,具体包括:
1)主机的动作要求
主要指主机的哪些动作需要用液压传动来完成,这些动作有无联系(如同步、互锁等),是手动循环还是自动循环,在安全可靠方面有无特殊要求等。主机可能对液压系统提出多种要求,设计者应在了解主机用途、工艺过程和总体布局的基础上对这些要求进行分析,看其是否合理,以便协调解决。
2)主机的性能要求
主要指主机内采用液压传动的各执行元件在力和运动方面的要求。各执行元件在各工作阶段所需力和速度的大小、调速范围、速度平稳性、完成一个循环所需的时间等方面应有明确的数据。此外,对一些高精度、高生产率和高自动化的主机,不仅要求液压系统的静态指标良好,而且对其动态指标也提出要求。
3)液压系统的工作环境
主要指液压系统工作环境的温度、湿度、污染和振动冲击情况,以及有无腐蚀性和易燃性物质存在等。这涉及液压元件和工作介质的选用以及所需采取何种防护措施等,故应有明确的说明。
4)其他要求
主要指液压系统在重量、外形尺寸、经济性等方面的要求。
(2)工况分析
工况分析就是分析主机内采用液压传动的执行元件,在工作过程中的速度和负载的变化规律。对于动作较复杂的系统,需绘制速度循环图和负载循环图;对较简单的系统,可以不绘图,但需找出其最大负载、最大速度和最小速度点。实际上,工况分析就是进一步明确主机在性能方面的要求。
1)速度分析
根据工艺要求,将各执行元件在一个完整的工作循环内各阶段的速度用图表示出来。一般用速度-时间(v-t)或速度-位移(v-s)曲线表示,称速度循环图。例如,图8.1 表示组合机床动力滑台(单执行元件驱动)的速度-位移曲线,左侧为其工作循环图。应指出,此图为稳态下的速度-位移曲线,没考虑瞬态脉动。显然,变速段均作为匀变速看待,这样处理有利于简化计算。
图8.1 组合机床动力滑台速度-位移曲线
2)负载分析
根据工艺要求,将各执行元件在整个工作循环内各阶段所需克服的外负载用图表示出来。一般用负载-时间(F-t)或负载-位移(F-s)曲线表示,称负载循环图。
①液压缸的负载分析:液压缸所需克服的外负载F 包括3 种类型,即
式中 FW——工作负载。不同机械的工作负载其形式各不相同。对金属切削机床,沿活塞运动方向的切削力为工作负载;对起升机构,重物的重量为工作负载。工作负载可以是恒定的,也可以是变化的,可以与运动方向相反(取正值),也可与运动方向相同(取负值)。
Ff——摩擦阻力负载。指执行元件在运动时所需克服的导轨或支承面上的摩擦阻力。一般计算式为:
式中 Ni——作用在第i 个导轨面或支承面上的法向力;
fi——第i 个摩擦副的摩擦系数,其与润滑条件、摩擦副的配对材料以及运动状态有关,详情可参阅有关资料,正常润滑条件下的摩擦系数列于表8.1,供参考;
Fa——惯性负载,指运动部件在启动和制动过程中的惯性力。一般计算式为:
式中 m——运动部件质量;
a——运动部件加速度;
G——运动部件重量;
g——重力加速度;
Δv——运动部件速度变化量;
Δt——启动或制动的时间。
表8.1 导轨摩擦系数
此外,液压缸运动时还需克服缸内密封装置的摩擦阻力,其大小与密封形式、液压缸的工作压力和制造质量有关。为使问题简化,可不做专门计算,将其包括在液压缸的机械效率ηgJ内,一般情况,ηgJ=0.90 ~0.97。
计算出工作循环中各阶段的外负载后,便可作出负载循环图。上述组合机床动力滑台的负载循环图见图8.2。
②液压马达的负载分析:液压马达所需克服的外负载力矩M 也有3 种类型,即
图8.2 组合机床动力滑台负载-位移曲线
式中 MW——工作负载折合到液压马达输出轴上的力矩;
Mf——摩擦阻力负载折合到液压马达输出轴上的力矩;
Ma——执行机构、传动装置在启动或制动时的惯性力(力矩)折合到液压马达输出轴上的力矩的总和。
液压马达的内摩擦力矩仍包含在其机械效率ηmJ 中,不进行专门计算。一般情况下,齿轮式和柱塞式液压马达,ηmJ=0.90 ~0.95;叶片式液压马达,ηmJ=0.8 ~0.9。
根据式(8.4)可确定液压马达在工作循环中各阶段所需克服的外负载力矩,并可画出其负载循环图。
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