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机械液压系统的工况理念诌议
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明确主机工作环境,机械的工作环境的温度、湿度、污染、冲击振动以及是否有腐蚀性和易燃性等情况均应有明确答案,这涉及液压元件和工作介质的选择。必要时设计中还需附加防护措施。其他要求。机械的液压装置在重量、外观尺寸方面的限制及经济性、能耗方面的要求等。另外要了解和搜集同类型机器的有关技术资料,如液压系统工作原理,使用情况及存在问题等,为设计准备必要的参考资料。
明确设计要求以后,就可对机械的主机作工况分析,包括负载分析和运动分析及编制负载和运动循环图。对于简单的机器,不必作工况分析,只需根据经验设计。而对于复杂的机器,则必须编制运动和负载循环图,这是进一步明确主机在性能方面的要求。负载分析负载分析即确定主机负载的变化规律,通常用负载―时间(F-t,T-t)或负载-位移(F-x,T-θ)曲线表示,称负载循环图。液压系统承受的负载可由主机规格或样机实测确定,也可由理论分析得出。当理论分析确定实际负载时,应考虑工作负载、摩擦负载、惯性负载等。主机负载即液压缸、液压马达负载。(1)液压缸负载及负载循环图。液压缸带动主机工作结构作往复直线运动时,其负载为:(式略)工作负载FL(t):FL与主机工作性质有关,它可能是定值(如挤压过程),也可能是变值(如弯曲工艺可以是正值如提升重物),也可以是负值(如下放重物)。一般情况下,FL是时间t的函数即FL=f(t)。惯性负载:即启动或制动过程中的惯性力,按下式计算:(式略)摩擦负载:即液压缸驱动工作机构时所要克服的外部机械摩擦阻力。按下式计算:(式略)式中:Ni—作用在第i个支撑面(如导轨面)上的法向力(N);fi—第i个支撑面的摩擦系数;与润滑条件、支撑面类型、材料及运动状态有关。
可从有关手册中查出。执行元件的内部摩擦力,详细计算比较繁琐,一般将它算在液压缸的机械效率ηm中考虑,通常可取ηm=0.9~0.97。由上述各工况的负载与其相应时间或位移关系,便可绘制负载循环图F-t或F-x。为一部机器的F-t图,其中o-t1为启动过程,t1-t2为加速过程,t2-t3为横速过程,t3-t4为制动过程。F-t图清楚地表示了在动作循环内的负载变化规律。图中最大负载是初选液压缸工作压力和确定其结构尺寸的依据。(2)液压马达负载及负载循环图。液压马达负载及负载循环图,液压马达驱动工作机构作旋转运动,其负载TM为:(式略)(N?m)。工作负载扭矩TL:可能为定值,也可能随时间变化,可以为正值,也可以为负值,应根据机器工作条件具体分析。摩擦扭矩Tf:旋转部件轴颈处的摩擦扭矩的计算公式为:(式略)式中:G—旋转部件重量(N);μ—摩擦系数;R—轴颈半径。
惯性扭矩Tε:旋转部件加速或减速的惯性扭矩为(式略)式中:J—旋转部件转动惯量(kg?m2),即J=GD2/4g;G—旋转部件重量(N);GD2—旋转部件的飞轮效应(各种回转体的GD2可查《机械设计手册》)(N?m2);ε—角加(减)速度(rad/s2);荭ω—角速度变化量(rad/s2);荭t—加速或减速时间(s)。由以上诸式计算出各负载的大小,便可确定液压马达在一个工作循环图即TM-t图。实际上,在工程计算中往往把启动和加速过程统称为启动过程。计算加速摩擦负载时往往按启动摩擦阻力考虑。2.2运动分析及运动循环图所谓运动分析就是研究按预定工艺要求,执行元件以何种运动规律完成一个工作循环。为此必须绘制位移时间循环图(x-t)、速度时间循环图(u-t)或速度位移循环图(u-x)。某液压缸的x-t图和u-t图如图2(a)和(b)所示。绘制u-t图的目的是为了计算液压缸或液压马达的惯性负载并进而作出负载循环图。绘制速度负载图往往与绘制负载循环图同时进行,(图略)。对于多执行元件的系统,可根据速度循环图和负载循环图,来调节各执行元件的动作时间及速度,使系统最为经济合理。通过对机械液压系统设计要求和所需工况的分析研究,得出了有益的结论,为后续液压系统的设计和改进提供了依据。
