液压进给系统特性研究.pdf

1 9 9 4扛第 3期 煤矿机械 1 g | ／ ‘ 液 压 进 给 系统 特 性研 究 善 翥 瑞 -高 玉 田 ． _ r I 1 ／ 哈 尔 滨 媒 矿 械 6j}究 所李 洪 久 ‘ I 卜 1 f - 摘要液压传 动 系统的稳定性 直接影响 着液压设 备 的质量 。泰文 以_种 典型 曲液压毒 统 为。 侧 ， 进行 7详 尽的动 态分析 最 后得 出指 导液压 系统结 构参数设 计和选 择 的 耋 基 井 绔礁 窖 性默裕 量 旅 ． ． 荚 键 词液 压 进 给稳 定 性稳 定 裕 量 、 -I ／ 在矿 山机械 和机 械加 工 中 ， 已有许多 设 箭果 用液压传 动 ， 用液 压缸或 液压 马达作 为 进给和主动力传动 液压传动稳定性与液压设备的许多参数 有荧。 例如 传动部件的进给速度， 重量大小， 粘性阻尼的大小 ， 油缸的结 构参数等 。 液压传 动系统稳定性分析与研究， 可以指导液压传 动设备结车 f j 参数设计与选择 ， 为液压系统设 计提供了必要的戚据。在液压传动中常用的 有进油口节流调速、 回油 口节流调速、 旁油臼 节流调速 系统等 。这里 以回油 L I 节流调速 系 统 为 作如下分析 1 液压传 动系 统 ． - _ 为使计算得以简化， 现将 回油节流调速 液脏系统工作原理商化成工作进给时的工作 状态 ， 如 图 l所 示 。 一‘ { f 工 作进 静状 态计 算 简圜 2动态传动 系统图 动态传动 系统 目表 示 了在外界扰动力 的 作用下 ． 液压系统中信号的传递过程囝， 如图 0晒示 。 ． 圈 2 采壤 住遣过程 ． 当外界干 扰办 ， 作用 予机械 系统 以 后 ， 经过机械 系统的传递 ， 馕滑台的移动速度 变 化 ， 产生相 应 的动态 响应 ” 。 同样 ， 这 一 穆动速度的变化同时柞带干进出油两腔， 从 而 引起 两 油 腔 中相应 的 压力 响应 户 t “和 p 。 【 ￡ 进 油 腔 的压 力 变 化要 经 过 管 道 的 传 递 ， 引起泵 出 口流量 以及溢流阕进 油 口流 量 变化 ， 形成一个反馈 系统 。 而 回油腔压力的变 化 ， 经管道 传递使流 量控制 阀进 口流量发 生 变 化 ， 也形成一个反馈 系统。 这 样我们可以通 过 建立微分方程 确定传递函数来画出动态 系统睁 打框 匣 。 2 ． 1 机 械 系兢 的传递 函数 维普资讯 2 0 煤矿机械 1 9 9 4年 第 3期 根据计算衙 图 见图 3 ， 甩达朗贝尔原 理 ， 建立平衡方程式。 一 i t ， 一 ， _ t 一，￡ 一m 警 一一 ， I 瑚 3 、 机． ‘ 童 境 鼻 簿嗣 t 一 。 十 一 f ， z m 挈 设F0 p l At P A2一 ， ￡ 则 F t 一 ， 2 lm 等 式中 t 、 P 2 进油 腔、 同油腔 的压力 t 、 A 油缸进油腔 、 珂油腔的面 积 ， f 一’ 卜 界干 扰力 m 等 _ 栅 性 力 ， z 牯性 阻力 一 B y ， B 为 ，祜性阻屁系教 对上式两边送行拉氏变换得 F B y D ， ， 所以机械系统的 恃递函数为 再 1 1 2 ． 2 溢渔 阀的传递 画敷 根据机床液压系统动力学 苏 B n哥 罗鲍奇金 著 中推荐馈式 t 、 L [ 芷 、 鞴 L L 一 J 式 中6 户 。 。 、 户 ” 滥 流j 胃出 口压力 产 0 、Q 通过滥斌阀的流量 一 a s , p t 口 3 阀端面积 f 总刚性 系数 h 。 闷至 0位时开口量 ．／ 阀芯 质量 和弹簧 质量 之 和 L 阻尼 通道惯性水头 系数 。 生 0 心 粘性摩 擦损失 系数 将本 系统中溢流闷参敬代入公式 得出进 油 口传递 函数为 ’ ， 一 吉 2 ． 3流量联 系方程 液体在 流动 中 ． 系统 备都流 量均发 生变 化 ． 其 滥瘴阀 、 泵的输出 、 进入 油缸进油 腔的 流量应满足以下关 系式 Ql f Q日 0一 Q f 式 中Q f 进入油缸流量 Q“ f 泵输出流量 Q ， ￡ 流经溢流阀的流量 对方程两边进行拉 氏变换 得 Q 0 QH 一 ‘ 0 3 2 ． 4 泵山口处传递 函数 ∽一 ㈤ 2 ． 5 流 量控制问 的传递函数 一 5 因影响小 而在 系统 中忽略不计 2 ． 6进油腔 系统 的传递函数 根据进 油腔 系统 流量连续方程 Q 訾 式 中Q。 进 油腔流量 。 进油腔窖积 油} 葭弹性 系敬 对方程两边进行拉 氏变换 在零 初始条件 维普资讯 1 9 9 4年 第 3期 煤矿机械 2 l 下得 出 0． Ai r 。 lO l I 丽 一 i ． 1 百 一 2 ． 7 回油腔 系兢传递函敷 根据回油腔流量连续方程 却 鲁 一生＆ 口 V2 s 一 1 7 A 百 一2 【 3 建立动态系统方框图 根据 方程 ； 1 、 2 、 3 、 4 ， 5 、 6 ， 7 可建立 出 E l 节 流调逮 系统的动态 特性 系 统结构如图 4所示。 图 4 动 态方框 瞳 4计算方榧圉 计算方框图得出整个系统的传递函数 口 1 I 1 而⋯ WB s 1 一 8 丽u 一 丁 8 】 在定量泵 系统 中 ． 由于泵 压力 腔 的体 积 较小 ． 所 以 ⅣB 。 因 此 船 一专 一 ＆ 删而p t s 一 ‘ l VI s C 因此 得到 整个 系统 的传递 函数 Ⅳ x i 上 ； ，． A I ‘ 十 而 石 ， C A * t T 1 『 -T z s l 0‘ 一 1 ‘ 百 十 l 】 ‘ 可 十 放 大 环 节 Ⅳ ％ 积 分 环 节 Ⅳ o 寿 惯 性 环 节 ，Ⅳ 。 奄 1 一 级微分环节 t l 5枢位稳定裕量 r 根据善堆 尔菝稳定性 判据 。 对应于公式 当粘性阻 尼系数 B 0时 ， 相 位稳定裕量 r 9 0 “ a r c 培 盟 ～c 譬 一 a r e tg W i B 当粘性阻尼 系数 B 0时 ． 相位稳定裕量 ， a f c c g ～ g 下 转 3 6页 维普资讯 3 6 煤矿机械 1 9 9 4年第 3期 减速帆类型 毋 数 行 星 齿 轮 字 齿 轮 回 住 蜗 杆聋 } } 翟 圆 柱 齿 轮 谐 波 齿 轮 传动级数 3 2 2 2 3 i 输出力矩‘ N m 3 9 0 3 0 0 3 9 0 3 9 0 3 9 0 3 9 0 传 谛 比 9 7 4 9 6 1 0 8 1 0 0 9 8 ． 3 1 0 Q 技 率 8 5 8 5 0 7 8 9 3 8 5 齿轮数量‘ 十 i 3 4 2 4 6 2 轴承数量 套 l 7 6 6 6 8 5 节 圆 拽 建 度 m／ s 7 ． 6 2 7 6 Z 7 ． 6 2 7 ． 6 2 7 ． 6 2 0 0 0 { 齿 滑 动 速 度 m／ s i 2 ． 7 i 2 ． 7 7 6 I 2，l Z ． 7 0 ． 1 2 同时 啮旮齿数 ％ 7 5 2 3 3 3 0 齿面接触应力‘ MP a 3 4 5 3 4 5 8 4 3 4 5 3 4 5 4 l 2 齿 的 剪 应 力 MP a 1 7 2 l 7 2 i 0 3 l 7 2 i 7 2 2 0 6 安全系数 3 3 2 2 -j 5 3 6 齿面接触状志 纯 地 线 面 运 动 平 穗 性 中 好 好 好 中 好 力的平衡 好 好 好 好 好 好 外形尺寸 c m 高 3 3 ． 1 3 5 6 5 8 4 4 0 ． 6 5 8 ． 8 1 8 ． 5 长 3 8 ． i 5 0 8 4 8 4 3 ． Z 9 1 j 6 宽 3 3 ． 1 Z 5 4 3 5 ． 6 2 5 ． 4 3 4 6 j 6 ． 5 俸 积 c 4 0 1 4 6 l 0 0 4 4 i 8 5 5 ． 5 质 量‘ k g Uj 2 7 l 0 4 9 2 ． 5 3 2 5 2 5 ⋯0⋯⋯0D ⋯⋯⋯⋯● - t ⋯⋯⋯ _ ’● ● _ 。 ⋯●- 。 ● ‘⋯● | 1、 ●⋯I● ‘‘ ’ ● c 、⋯⋯● -● ⋯⋯⋯ ⋯⋯⋯0 ⋯● ⋯⋯⋯⋯c ⋯D● 上接 2 1页 相位 裕量 与整 个系统中各个环节 的参 数 有较 复杂 的关 系。 它受到移动部件重量 、 油缸 行程长度 、 滑台行程位置 、 油 缸进 回油 腔的面 积、 工作进给 速度 、 粘性 阻尼 系数 、 油 液的 弹 性模数 、 使用阀的特性、 阀的韧始压力、 所 采用的调速 方式 等诸 因素影响。 在系统 中 ， 稳定 裕量越高 ， 它的动态品质 越好。 也就是说在干扰力作用下 ， 运 动速度恢 复到稳 态所用 的时间最短。 通过实际计算可 以表 明液 压系统进 给装 置与稳定 裕量密切相关 1 液压进 给 系统装 置速 度 增加 ， 则 稳 定裕量也 增加 。 2 移动部 件 重量 增 大 ， 则稳 定 裕量 下 降 。 3 粘性 阻尼 系数与稳定裕量 成正 比变 化 。 4 稳 定裕量与油缸结构参 数有关 。 如 当进 、 回油油缸面积之 比 1 ． 4 8时 ， 稳定 r 2 裕量最大 。油缸长度和油缸行程位置也影 响 稳定 裕量 。 在出 口节流调速 系统 中 ， 随着行程 的增加， 系统稳定裕量下降。 5 出 1 3节 流调速 系统 的稳定裕 量大 于 进 口节流调速 系统 。 根据 以上结论可指导液压系统 结构参 数 的设 计选择 ， 为液压 系统的 设计 也提 供 了必 要 的依据 。 参考文献 i ．棘丰仁 ．液 压 滑台速 度 转按 动态 特性 的 理论 分 析 与 实 验研 究中 国机械工程 学 会第三砍机 械传动 年会论 文 ． 2 ． Bn哥 罗鲍奇 盒著 ．机床涟 压 采统动 力学 ． 3王冲选 ．液压传动工作滑台运动稳定性的研究 ． 太愿工 学院论 文集 ． 1 9 6 2 ． 维普资讯