液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算

1、液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 液壓系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)是在某些估計(jì)參數(shù)情況下進(jìn)行的，當(dāng)各回路形式、液壓元件及聯(lián)接管路等完全確定后，針對(duì)實(shí)際情況對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行各項(xiàng)性能分析。對(duì)一般液壓傳動(dòng)系統(tǒng)來說，主要是進(jìn)一步確切地計(jì)算液壓回路各段壓力損失、容積損失及系統(tǒng)效率，壓力沖擊和發(fā)熱溫升等。根據(jù)分析計(jì)算發(fā)現(xiàn)問題，對(duì)某些不合理的設(shè)計(jì)要進(jìn)行重新調(diào)整，或采取其他必要的措施。 5.1 液壓系統(tǒng)壓力損失 壓力損失包括管路的沿程損失p1，管路的局部壓力損失p2和閥類元件的局部損失p3，總的壓力損失為 p=p1+p2+p3 （32） （33） （34） 式中 l管道的長度（m）； d管道內(nèi)徑（m）； 液流平均速度（m/s）； 液壓油密

2、度（kg/m3）； 沿程阻力系數(shù)； 局部阻力系數(shù)。 、的具體值可參考第2章有關(guān)內(nèi)容。 式中 qn閥的額定流量（m3/s）； q通過閥的實(shí)際流量（m3/s）； pn閥的額定壓力損失（pa）（可從產(chǎn)品樣本中查到）。 對(duì)于泵到執(zhí)行元件間的壓力損失，如果計(jì)算出的p比選泵時(shí)估計(jì)的管路損失大得多時(shí)，應(yīng)該重新調(diào)整泵及其他有關(guān)元件的規(guī)格尺寸等參數(shù)。 系統(tǒng)的調(diào)整壓力 ptp1+p （36） 式中 pt液壓泵的工作壓力或支路的調(diào)整壓力。 5.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升計(jì)算 5.2.1 計(jì)算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率 液壓系統(tǒng)工作時(shí)，除執(zhí)行元件驅(qū)動(dòng)外載荷輸出有效功率外，其余功率損失全部轉(zhuǎn)化為熱量，使油溫升高。液壓系統(tǒng)的功率損失

3、主要有以下幾種形式： （1）液壓泵的功率損失 式中 tt工作循環(huán)周期（s）； z投入工作液壓泵的臺(tái)數(shù)； pri液壓泵的輸入功率（w）； pi各臺(tái)液壓泵的總效率； ti第i臺(tái)泵工作時(shí)間（s）。 （2）液壓執(zhí)行元件的功率損失 式中 m液壓執(zhí)行元件的數(shù)量； prj液壓執(zhí)行元件的輸入功率（w）； j液壓執(zhí)行元件的效率； tj第j個(gè)執(zhí)行元件工作時(shí)間（s）。 （3）溢流閥的功率損失 （39） 式中 py溢流閥的調(diào)整壓力（pa）； qy經(jīng)溢流閥流回油箱的流量（m3/s）。 （4）油液流經(jīng)閥或管路的功率損失 ph4=pq （40） 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）。

4、由以上各種損失構(gòu)成了整個(gè)系統(tǒng)的功率損失，即液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率 phr=ph1+ ph2+ ph3+ph4 （41） 式（41）適用于回路比較簡單的液壓系統(tǒng)，對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)，由于功率損失的環(huán)節(jié)太多，一一計(jì)算較麻煩，通常用下式計(jì)算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率 phr=pr-pc （42） 式中pr是液壓系統(tǒng)的總輸入功率，pc是輸出的有效功率。 其中 tt工作周期（s）； z、n、m分別為液壓泵、液壓缸、液壓馬達(dá)的數(shù)量； pi、qi、pi第i臺(tái)泵的實(shí)際輸出壓力、流量、效率； ti第i臺(tái)泵工作時(shí)間（s）； twj、j、tj液壓馬達(dá)的外載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、工作時(shí)間（nm、rad/s、s）； fwi、si液壓缸外載荷及驅(qū)動(dòng)

5、此載荷的行程（nm）。 5.2.2 計(jì)算液壓系統(tǒng)的散熱功率 液壓系統(tǒng)的散熱渠道主要是油箱表面，但如果系統(tǒng)外接管路較長，而且用式（41）計(jì)算發(fā)熱功率時(shí)，也應(yīng)考慮管路表面散熱。 phc=（k1a1+k2a2）t （45） 式中 k1油箱散熱系數(shù)，見表12； k2管路散熱系數(shù)，見表13； a1、a2分別為油箱、管道的散熱面積（m2）； t油溫與環(huán)境溫度之差（）。 表12 油箱散熱系數(shù)k1 （w/（m2） 冷卻條件 k1 通風(fēng)條件很差 89 通風(fēng)條件良好 1517 用風(fēng)扇冷卻 23 循環(huán)水強(qiáng)制冷卻 110170 表13 管道散熱系數(shù)k2 （w/（m2） 風(fēng)速/ms-1 管道外徑/m 0.01 0.05

6、 0.1 0 8 6 5 1 25 14 10 5 69 40 23 若系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，則phr=phc，油溫不再升高，此時(shí)，最大溫差 環(huán)境溫度為t0，則油溫t=t0+t。如果計(jì)算出的油溫超過該液壓設(shè)備允許的最高油溫（各種機(jī)械允許油溫見表14），就要設(shè)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(jì)于事時(shí)，需要裝設(shè)冷卻器。冷卻器的散熱面積 表14 各種機(jī)械允許油溫（） 液壓設(shè)備類型 正常工作溫度 最高允許溫度 數(shù)控機(jī)床 3050 5570 一般機(jī)床 3055 5570 機(jī)車車輛 4060 7080 船舶 3060 8090 冶金機(jī)械、液壓機(jī) 4070 6090 工程機(jī)械、礦山機(jī)械

7、5080 7090 式中 k冷卻器的散熱系數(shù)，見本篇第8章液壓輔助元件有關(guān)散熱器的散熱系數(shù)； tm平均溫升（）， t1、t2液壓油入口和出口溫度； t1、t2冷卻水或風(fēng)的入口和出口溫度。 5.2.3 根據(jù)散熱要求計(jì)算油箱容量 式（46）是在初步確定油箱容積的情況下，驗(yàn)算其散熱面積是否滿足要求。當(dāng)系統(tǒng)的發(fā)熱量求出之后，可根據(jù)散熱的要求確定油箱的容量。 由式（46）可得油箱的散熱面積為 如不考慮管路的散熱，式（48）可簡化為 油箱主要設(shè)計(jì)參數(shù)如圖3所示。一般油面的高度為油箱高h(yuǎn)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 圖3 油箱結(jié)

8、構(gòu)尺寸 v=0.8bh （50） a1=1.6h（+b）+1.5b （51） 若a1求出，再根據(jù)結(jié)構(gòu)要求確定、b、h的比例關(guān)系，即可確定油箱的主要結(jié)構(gòu)尺寸。 如按散熱要求求出的油箱容積過大，遠(yuǎn)超出用油量的需要，且又受空間尺寸的限制，則應(yīng)適當(dāng)縮小油箱尺寸，增設(shè)其他散熱措施。 5.3 計(jì)算液壓系統(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(yùn)動(dòng)中突然停止，換向閥的迅速開啟和關(guān)閉，都會(huì)產(chǎn)生高于靜態(tài)值的沖擊壓力。它不僅伴隨產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，而且會(huì)因過高的沖擊壓力而使管路、液壓元件遭到破壞。對(duì)系統(tǒng)影響較大的壓力沖擊常為以下兩種形式： 1）當(dāng)迅速打開或關(guān)閉液流通路時(shí)，在系統(tǒng)中

9、產(chǎn)生的沖擊壓力。 直接沖擊（即t時(shí)，管道內(nèi)壓力增大值 （52） 間接沖擊（即t）時(shí)，管道內(nèi)壓力增大值 式中 液體密度（kg/m3）； 關(guān)閉或開啟液流通道前后管道內(nèi)流速之差（m/s）； t關(guān)閉或打開液流通道的時(shí)間（s）； = 管道長度為l時(shí)，沖擊波往返所需的時(shí)間（s）； 管道內(nèi)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(nèi)的傳播速度 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(nèi)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=1.181011pa。 2急劇改變液壓缸運(yùn)動(dòng)速度時(shí)，由于液體及運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的慣性作用而引起的壓力沖擊，其壓力的增大值為 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