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确定液压系统参数的初步步骤

2023-06-18 理论教育版权反馈

【摘要】：系统工作压力p 的确定由于主机的性能和使用场合不同,液压系统的工作压力也不尽相同。因此,系统工作压力的选择取决于尺寸、成本、使用可靠性等多方面因素,一般可参考现有的同类液压系统来初步确定系统工作压力。表8.2常用液压设备工作压力执行元件主要结构参数的确定这里主要确定液压缸的有效工作面积、活塞直径和活塞杆直径,确定液压马达的每转排量。

液压系统参数主要是由执行元件的工作参数确定的。因此,初步确定液压系统参数实际上是确定执行元件的主要参数。

(1)系统工作压力p 的确定

由于主机的性能和使用场合不同,液压系统的工作压力也不尽相同。系统的工作压力是在设计液压系统时,由设计者自行选定的。系统工作压力选得越低,执行元件的容量越大,即尺寸大、重量重,系统所需的流量也大,但对液压元件的制造精度与密封要求较低。系统工作压力选得越高,则与上相反。因此,系统工作压力的选择取决于尺寸、成本、使用可靠性等多方面因素,一般可参考现有的同类液压系统来初步确定系统工作压力。目前常用液压设备的工作压力见表8.2。若执行元件为液压缸,系统工作压力的确定还可参考第三章第二节内容。应该指出,随着液压技术水平的提高,就目前的材质和生产水平看,液压系统的工作压力有向高压化发展的趋势。有资料表明,低压系统的价格要比高压系统的价格高出50% ~200%,因此,系统工作压力向高压化发展也符合技术经济的要求。

表8.2　常用液压设备工作压力

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(2)执行元件主要结构参数的确定

这里主要确定液压缸的有效工作面积、活塞直径和活塞杆直径,确定液压马达的每转排量。这些结构参数的确定也是确定液压系统流量和功率的前提。

1)执行元件为液压缸

液压缸的有效工作面积A 由负载条件确定,即

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式中　Fmax——液压缸的最大外负载,由式(8.1)确定;

p——液压缸的工作压力,即进油腔压力;

pB——液压缸回油腔压力,即背压,可参考表8.3 选取;

c——液压缸两腔有效工作面积之比,c≤1,可根据液压缸往返运动速度或其他给定条件确定;

ηgJ——液压缸的机械效率。

表8.3　执行元件背压的估计值

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当工作速度很低时,按式(8.5)计算出的有效工作面积不一定能满足最低稳定工作速度的要求,还需按最低稳定工作速度来验算,即有效工作面积应满足下式:

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式中　qFmin——流量阀最小稳定流量,由产品样本查取;

vmin——主机要求的液压缸最低稳定工作速度。

如果验算结果不满足要求,应由式(8.6)来确定液压缸有效工作面积,然后回头调整系统工作压力p。

求得有效工作面积后,根据液压缸的不同结构形式,不难求出活塞和活塞杆直径,见3.2节,此处不再赘述。

2)执行元件为液压马达

液压马达的每转排量V 由负载条件确定,即

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式中　Mmax——液压马达的最大外负载力矩,由式(8.4)确定;

p——液压马达的工作压力,即进油压力;

pB——液压马达回油腔压力,即背压,可参考表8.3 选取;

ηmJ——液压马达的机械效率。

必要时,也需按最低转速进行验算,即每转排量应满足下式:

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式中　qFmin——流量阀最小稳定流量,由产品样本查取;

nmin——主机要求的液压马达最低转速。

(3)绘制执行元件工况图

这里的主要目的是要明确系统在整个工作循环的各阶段中流量、功率和压力的变化情况,为确定系统的动力源提供依据。

执行元件工况图包括压力循环图(p-t)或(p-s)、流量循环图(q-t)或(q-s)和功率循环图(P-t)或(P-s)。其作法是:

①利用负载循环图,根据负载、压力和有效工作面积(或每转排量)的关系,求出各阶段的压力值,即可作出压力循环图。

②利用速度循环图,根据速度、流量和有效工作面积(或每转排量)的关系,求出各阶段的流量值,即可作出流量循环图。若同时有多个执行元件工作,应将各执行元件在同一时刻的流量叠加,作出总流量循环图。

③根据压力循环图和流量循环图,利用公式P=p·q,可求出各阶段的功率值,即可作出功率循环图。前述组合机床动力滑台液压缸的工况图如图8.3 所示。

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图8.3　组合机床动力滑台液压缸工况图

执行元件工况图具有如下用途:

①通过工况图可以找出最大压力、最大流量、最大功率点,它们是选择液压泵、电动机和控制阀的依据。

②对系统的动力配置有指导意义。例如,在流量循环图中,若各阶段流量相差很大,并且在各流量下的工作时间也较长,则该系统不宜采用单定量泵供油,应考虑采用“一大一小”的双泵供油或采用限压式变量泵供油。

③可用来评定工作循环中各阶段所定工作参数的合理性。例如,在功率循环图上,若各阶段功率相差太大,说明在设计依据中所定的速度参数不太合理。在工艺条件允许的情况下,适当调整各阶段的速度,使系统在各阶段所需的功率趋于均匀,可提高系统的效率。