大型礦用自卸車靜液壓傳動系統(tǒng)設計
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第8章 液壓系統(tǒng)性能驗算第8章 液壓系統(tǒng)性能驗算在液壓系統(tǒng)設計過程中,完成了系統(tǒng)的基本設計計算部分之后,還有對系統(tǒng)的壓力損失、發(fā)熱溫升及液壓沖擊進行驗算,以便使所設計的液壓系統(tǒng)更加可靠和完善。81 液壓系統(tǒng)壓力損失壓力損失包括管路的沿程損失,管路的局部壓力損失和閥類元件的局部損失,總的壓力損失為: (8-1) (8-2) (8-3)式中: l管道的長度(m)d管道內徑(m) 液流平均速度(m/s) 液壓油密度(kg/m3) 沿程阻力系數 局部阻力系數(8-4)式中:閥的額定流量(m3/s) 通過閥的實際流量(m3/s)閥的額定壓力損失(Pa)(可從產品樣本中查到)沿程損失是油液流經直流管時的粘性阻力損失,一般比較小,局部壓力損失是油液流經各種閥、管路截面突然變化或彎管處的損失,在液壓系統(tǒng)中,局部損失是主要的。在液壓系統(tǒng)設計時應盡量避免不必要的管路彎曲和節(jié)流,避免直徑突變,減少管接頭,采用元件集成化,以減少壓力損失。82 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升8.2.1 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率液壓系統(tǒng)工作時,除執(zhí)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(tǒng)的功率損失主要有以下幾種形式:(1)液壓泵的功率損失(8-5)式中:工作循環(huán)周期(s) z投入工作液壓泵的臺數 液壓泵的輸入功率(W) 各臺液壓泵的總效率 第i臺泵工作時間(s)(2)液壓執(zhí)行元件的功率損失(8-6)式中:M液壓執(zhí)行元件的數量 液壓執(zhí)行元件的輸入功率(W) 液壓執(zhí)行元件的效率 第j個執(zhí)行元件工作時間(s)(3)溢流閥的功率損失 (8-7)式中:溢流閥的調整壓力(Pa) 經溢流閥流回油箱的流量(m3/s)(4)油液流經閥或管路的功率損失=pQ (8-8)式中:p通過閥或管路的壓力損失(Pa)Q通過閥或管路的流量(m3/s)由以上各種損失構成了整個系統(tǒng)的功率損失,即液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率 (8-9)式(8-9)適用于回路比較簡單的液壓系統(tǒng),對于復雜系統(tǒng),由于功率損失的環(huán)節(jié)太多,一一計算較麻煩,通常用下式計算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率: =Pr-Pc (8-10)式中:Pr是液壓系統(tǒng)的總輸入功率,PC是輸出的有效功率。(8-11)(8-12)其中: 工作周期(s)z、n、m分別為液壓泵、液壓缸、液壓馬達的數量、第i臺泵的實際輸出壓力、流量、效率第i 臺泵工作時間(s)、液壓馬達的外載轉矩、轉速、工作時間(Nm、rad/s、s)、液壓缸外載荷及驅動此載荷的行程(Nm)8.2.2 液壓系統(tǒng)的散熱功率液壓系統(tǒng)的散熱渠道主要是油箱表面,對行走機械,系統(tǒng)外接管路較長的發(fā)熱功率與散熱一般是平衡的,可以不用考慮,而且在液壓系統(tǒng)中要加專門的散熱裝置,這里只介紹油箱的散熱計算。油箱的散熱功率: (8-13)式中:K油箱散熱系數,見表8.1A油箱散熱面積(m2)T油溫與環(huán)境溫度之差()表8.1 油箱散熱系數K(W/(m2)冷卻條件K1通風條件很差89通風條件良好1517用風扇冷卻23循環(huán)水強制冷卻110170若系統(tǒng)達到熱平衡,則,油溫不再升高,此時,最大溫差 (8-14)環(huán)境溫度為T0,則油溫T=T0+T。如果計算出的油溫超過該液壓設備允許的最高油溫(部分機械允許油溫見表8.2),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。表8.2 各種機械允許油溫()液壓設備類型正常工作溫度最高允許溫度機車車輛40607080冶金機械、液壓機40706090工程機械、礦山機械50807090冷卻器的散熱面積:(8-15)式中 :K冷卻器的散熱系數 tm平均溫升()(8-16)T1、T2液壓油入口和出口溫度 t1、t2冷卻水或風的入口和出口溫度83 液壓系統(tǒng)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(zhí)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(tài)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(tǒng)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(tǒng)中產生的沖擊壓力。直接沖擊(即t)時,管道內壓力增大值 (8-17)間接沖擊(即t)時,管道內壓力增大值(8-18)式中:液體密度(kg/m3)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)管道長度為l時,沖擊波往返所需的時間(s) 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影響,沖擊波在管內的傳播速度(8-19)式中:E0液壓油的體積彈性模量(Pa),其推薦值為E0=700MPa 、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=2.11011Pa,紫銅E=1.181011Pa2)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(8-20)式中:液流第i段管道的長度(m) Ai第i段管道的截面積(m2)A液壓缸活塞面積(m2)M與活塞連動的運動部件質量(kg)液壓缸的速度變化量(m/s)t液壓缸速度變化所需時間(s)由于產生液壓沖擊的原因很多,在設計液壓系統(tǒng)時,很難準確地計算,只能大致的驗算,而關鍵是液壓系統(tǒng)必須采取緩沖裝置。一般可采取下列緩沖措施:1盡量減慢換向速度。操縱換向閥時要平穩(wěn),或者在換向閥的閥芯棱邊上開切口或者作出錐度,以減慢滑閥完全關閉前的油液流速。2設置過載閥。在液壓缸或液壓馬達的進出口處設置過載閥,其調定壓力是系統(tǒng)壓力的110125%,對液壓元件起緩沖保護作用。3在液壓油路中設置蓄能器。發(fā)生液壓沖擊時,蓄能器則立即將其吸收。4換向閥的滑閥機能采用H型。其操縱的液壓缸或液壓馬達在換向閥處于中位時是浮動的,即進出油路是連通的,以便減小換向沖擊。第 57 頁 共 59 頁
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