液压系统性能验算的方法与实践

2023-06-18 理论教育版权反馈

【摘要】：在液压系统设计计算结束后,需对所设计的系统技术性能进行验算,判断设计质量,以便调整设计参数及方案。其目的在于较准确地确定液压泵的工作压力,为较准确地调节有关液压元件提供依据,以保证系统的工作性能。式和式的结果将作为系统压力调节和选择液压泵的依据。液压系统的发热及温升验算系统工作时的各种能量损失最终都转化为热量,使系统的油温升高。

在液压系统设计计算结束后,需对所设计的系统技术性能进行验算,判断设计质量,以便调整设计参数及方案。一般技术性能验算包括系统压力损失验算、系统发热及温升验算、系统效率验算等,其中前两项是必不可少的。

(1)系统压力损失验算

当系统的液压元件、安装形式确定之后,画出管路安装图,便可对系统的压力损失进行较准确的计算。其目的在于较准确地确定液压泵的工作压力,为较准确地调节有关液压元件提供依据,以保证系统的工作性能。

系统压力损失的计算基于能量叠加原理。

式中　∑Δp——系统的总压力损失;

∑Δp1——执行元件进油路上的总压力损失,包括沿程压力损失和局部压力损失;

∑Δp2——执行元件回油路上的总压力损失,包括沿程压力损失和局部压力损失;

∑Δpl——系统管路中的沿程压力损失之和;

∑Δpr——系统中各种局部压力损失之和。

压力损失的计算方法参照第1章1.4 节的内容,此处不再赘述。

在计算压力损失时,应注意以下几点:

①产品样本中查出的液压阀的压力损失是在公称流量下的压力损失,当流经阀的实际流量与公称流量相差较大时,应按下式折算:

式中　Δpr——实际流量下阀的压力损失;

Δpe——公称(额定)流量下阀的压力损失;

q——流经阀的实际流量;

qe——阀的公称流量。

②流经节流阀、调速阀时应保证的最小压力损失和流经背压阀时的压力损失与通过的流量基本无关,不需折算。

③执行元件快速、慢速工作时,流量不同,压力损失也不同,快速时,压力损失大,慢速时,压力损失小,应分别计算。

④执行元件为单出杆液压缸时,进油路和回油路的流量不同,压力损失应分别计算。

当验算出的压力损失与初估值相差较大时,应以验算值代替初估值,重新调整工作压力(已设计出的或选用的执行元件不变,以减少工作量)。具体做法如下:

a.执行元件为液压缸时

联系式(8.5)和式(8.9),可得:

符号意义同前。

b.执行元件为液压马达时

根据式(8.7)和式(8.9),可得:

符号意义同前。

上两式中,用验算后的进、回油路压力损失分别代替原式中的进油路压力损失和背压。

式(8.16)和式(8.17)的结果将作为系统压力调节和选择液压泵的依据。

(2)液压系统的发热及温升验算

系统工作时的各种能量损失最终都转化为热量,使系统的油温升高。油温的升高会使油液黏度减小,泄漏增加,并使油液经过节流元件时的节流特性变化,造成执行元件速度不稳定。此外,油温升高,还会加速油液氧化变质。因此,必须使油温控制在允许范围内。

1)系统发热量的计算

系统发热量计算一般只是粗略估算,要准确计算出系统发热量是很困难的。下面介绍近似计算的一种方法。

把液压系统看作一个能量载体,电动机为它输入能量(功率),而它又通过执行元件向外输出能量(功率),进出能量之差便为发热能量(功率)。因此,液压系统单位时间内的发热量由下式计算:

式中　H——系统单位时间发热量;

PE——系统的输入功率,即液压泵的输入功率,可用式 pagenumber_ebook=203,pagenumber_book=197 计算;

Po——系统的输出功率,即执行元件的输出功率,由下面方法计算:对液压缸Po=F·v,对液压马达Po=2πM·n;

式中　F——液压缸外负载,由式(8.1)确定;

v——液压缸的运动速度;

M——液压马达的外负载力矩,由式(8.4)确定;

n——液压马达的转速。

若在整个工作循环内,功率有变化,则应根据单位时间内系统在各阶段的发热量求出系统在单位时间内的平均发热量,计算式为:

式中　PEi——在整个工作循环中,系统(液压泵)在第i 阶段的输入功率;

Poi——在整个工作循环中,系统(执行元件)在第i 阶段的输出功率;

Δti——第i 阶段持续的时间;

T——整个工作循环的周期。

2)系统散热量计算

由于液压系统管线不长,液体在管路中的流速相对较快,故近似认为系统发热量全部由油箱散发。油箱单位时间的散热量H′由下式计算,即

式中　ΔT——系统温升,ΔT=t2-t1(℃),其中t1 为系统环境温度,t2 为系统达到热平衡时的油温;

A——油箱散热面积,m2;

CT——油箱散热系数,kW/m2·℃,自然通风良好时取(15 ~17.5)×10-3,自然通风很差时取(8 ~9)×10-3。

3)系统热平衡温度估算

当液压系统达到热平衡时,系统发热量等于系统散热量,即H=H′。联系式(8.20)可得出系统热平衡温度(简称系统油温)为:

如果油箱3 个边长的尺寸比例在1 ∶1 ∶1到1 ∶2 ∶3之间,油液面达油箱高度的80%,油箱散热面积由下式计算:

式中　V——油箱的有效容积,L。

为保证液压系统能正常工作,系统油温应满足下面条件,即

式中　[t]——液压系统的允许温度。允许温度视具体系统而异,如组合机床,[t] =55 ~70 ℃。一般来说,系统温度保持在30 ~50 ℃,最高不超过60 ℃,最低不低于15 ℃。

如果系统油温超过允许值,必须采取降温措施,如增设冷却器、增大油箱体积等。

液压系统性能验算的方法与实践

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