多执行元件液压系统节能研究.pdf

2 0 1 2年 5月 第 4 0卷 第 1 O期 机床与液压 MACHI NE TOOL ＆ HYDRAUL I CS Ma v 2 01 2 Vo 1 ． 4 0 No ． 1 0 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 1 0 ． 0 2 4 多执行元件液压 系统节能研究 张明1 ,2 ，李鄂民 ，谢冬冬 ，高长虹 1 ．兰州理工大学有色冶金新装备教育部工程研 究中心 ，甘肃兰州 7 3 0 0 5 0 ； 2 ．兰州理工大学机 电工程学院，甘肃兰州 7 3 0 0 5 0 摘要针对多执行元件液压系统中各执行元件所处工况不同而引起的流量利用率低和协调性不佳等问题，提出应用液 压子系统模式，通过工况分析，合理调整液压系统执行元件动作时序，将液压系统分成两个子液压系统，由双联定量泵供 油以降低液压系统的总功率，达到节能 目的。 关键词多执行元件；时序；液压子系统 ；节能 中图分类号T H 1 3 7 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 1 0 0 7 5 2 En e r g y S a v i n g Re s e a r c h o n Hy dr a u l i c Sy s t e m o f M u l t i a c t ua t o r Z HANG Mi n g ’ ，L I E mi n ’ ，XI E D o n g d o n g ，G AO C h a n g h o n g 1 ． T h e E n g i n e e r i n g R e s e a r c h C e n t e r o f t h e Mi n i s t r y o f E d u c a t i o n o f t h e N e w E q u i p me n t o f N o n f e r r o u s Me t a l l u r g y， La n z ho u Un i v e r s i t y o f Te c h no l o g y， L a n z h o u Ga n s u 7 3 0 05 0， Ch i n a； 2． Sc h o o l o f Me c ha n i c a l El e c t r o n i c En g i n e e r i n g． L a n z h o u U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o gy，L a n z h o u G a n s u 7 3 0 0 5 0，C h i n a Ab s t r a c t Ai mi n g a t t h e p r o b l e ms o f l o w fl o w u t i l i z a t i o n r a t e a n d p o o r c o o r d i n a t i o n c a u s e d b y d i f f e r e n t c o n d i t i o n o f e v e r y a c t u a t o r o f mu l t i a c t u a t o r h y d r a u l i c s y s t e m ，t h e h y d r a u l i c s u b s y s t e m mo d e wa s p r o p o s e d ． B y c o n d i t i o n a n a l y s i s ， t h e t i mi n g s o f t h e h y d r a u l i c s y s t e m a c t u a t o r s w e r e a d j u s t e d r e a s o n a b l y a n d t h e h y d r a u l i c s y s t e m w a s d i v i d e d i n t o t w o s u b - h y d r a u l i c s y s t e m s ，u s i n g d o u b l e d o s i n g p u mp t o r e d u c e t h e t o t a l p o we r ． S o e n e r g y s a v i n g i s r e a l i z e d ． Ke y wo r d s Mu l t i a c t u a t o r ； T i mi n g ； Hy d r a u l i c s u b s y s t e m； E n e r g y s a v i n g 在 2 2 t ／ h铝 锭连续 铸 造机 液压 系 统基 础上 分 析 了多执行元件液压系统特点，针对多执行元件同时参 与工作时 ，系统可能会 出现相互干扰 、工作不稳定 以 及由于负载压力与流量不尽相同，造成功率利用不合 理 、系统效率低下等 问题 ，对多执行元件液压 系统作 出进一步改进 ，从而确保生产线正常运行 ，提高液压 系统工作 品质 和效率 ，并提 出一种节 能方法 。 1 液压系统工作原理 2 2 t ／ h铝锭连续铸造机可 自动完成铝锭的铸造 、 冷却 、堆垛 、打包 和成 品运输 等多种生产 工序 ，是集 机 、电 、光 、液 和气 于一体 的 自动化 成 套冶 金设 备 ， 液压系统原理如图 1 。 其工作流程 1 混合好的液态铝 6 8 0～ 7 2 0 ℃被分配器 自动均匀地分配后浇铸 到铝锭模 中， 间接水冷却到 5 0 0℃成型； 2 由一对打印缸 一 个使用，另一个备用驱动打印机在成型铝锭表面 打印产品批号 ； 3 脱模装置在一对敲模缸同时作 用下确保成型铝锭从铸模中脱出，铝锭脱模后由接受 臂缸驱动接受装置转放倒扣在冷却运输机上； 4 冷却运输机在冷运马达的作用下作间歇运动，铝锭在 喷淋装置下冷却到5 0℃以下，直至尾部轨道上的翻 转机 ； 5 翻转 机在夹 紧液压缸 和翻转 马达 的作用 下 ，按堆垛要求将第 1 层全部4 块和其余 1 0 层的第 2 块和第4块铝锭翻转 1 8 0 。 ； 6 牵引升降装置在牵 引升降缸 的作用下上升 ，将冷却运输机轨道上的铝锭 托起 ，然后由牵引缸驱动引锭装置将已托起的铝锭拉 入堆垛机 ，牵引装置下降等待下一次工作 ； 7 整 列装置将工作台面上的每一层铝锭排列整齐 ； 8 夹取装置在夹具升降缸 、夹具夹紧缸 、夹具 回转缸 的 作用下夹取工作台上排列好的铝锭 第 1 层4块 ，其 余 1 0 层 5块 ，根据堆垛要求，夹取前先压紧每层铝 锭 ，夹取后奇 数 层 在堆 垛 前 旋转 9 0 。 偶 数 层则 不 转 ，再将铝锭放在垛上，然后复位； 9 当冷却运 输机停止工作时，检测装置检验铝锭是否合格 ，若铝 锭合格排锭马达不动作 ，反之排锭马达驱动排锭装置 将次 品排除 。 由图1 可知该液压系统为多执行元件液压系统 ， 具有工况复杂的特点，所以合理地排列执行元件的动 作时序，提高液压系统的工作效率，具有减少液压系 统的功率损失和提高经济效益的意义。 收稿 日期 2 0 1 1 0 4 2 9 作者简介张明 1 9 8 4 一 ，男，硕士，主要从事液压传动与控制方面的研究。E ma i l z h a n g m i n g O 5 4 1 0 3 2 3 1 2 6 ． C O B。 7 6 机床与液压 第4 0卷 1 1 一高压球阀2 一双联叶片泵3 一 电磁溢流阀4 齿轮泵5 ～牵引升降缸6 一牵引缸7 一夹具夹紧缸8 翻转马达 9 一翻转夹紧缸l O 一单向节流 阀l 1 一液控单向阀1 2 一夹具回转缸1 3 一夹具升 降缸1 4 一小车移动缸l 5 一打印缸 1 6 ～ 敲 模缸l 7 一 接 受臂缸1 8 一 排锭 马 达1 9 一 冷 运马 达 图 1 铝锭连续铸造机液压系统工作原理图 2 液压子 系统建立 2 2 t ／ h铝锭连续铸造机液压系统包括打印缸、接 受臂缸 、冷运 马达 ，翻转夹紧缸 、翻转 马达 、牵引升 降缸 、引锭缸、夹具升降缸、夹具 回转缸 、夹具夹紧 缸 、小车缸 、排锭 马达共 1 3种 1 6 个执 行元件 ，各执 行元件的运动速度采用节流调速。当液压系统由单定 量泵供油驱动时节流功率损失和溢流功率损失较大， 所以在确保液压系统满足各个工况要求的条件下，重 新排列各个执行元件 的动作顺序 ，并尽量将 流量叠加 较大的执行元件时序错开并将其分在两个液压系统 中，由一双联泵供油驱 动。经计算将翻转夹紧缸 、翻 转 马达 、夹具夹紧缸 、小车移 动缸 、牵引升降缸 、牵 引缸、夹具升降缸、夹具回转缸归为一组 ，将冷运马 达、接受臂缸、打印缸、敲模缸、排锭马达归为一 组，可有效降低液压系统执行元件在同时动作时流量 叠加值进而减少液压系统的装机功率和运行功率，达 到节能的效果，对制造厂来说可以降低一定的制造成 本 ，对生产厂来说可以降低一定的运行成本 ，从而取 得较好的经济效益。 3 液压 系统的节能分析 液压系统由一个定 量泵供 油驱动执行元件运行时 的最大流量如图 2所示 ，q 1 6 8 ． 6 l Mm i n ，单定量 泵选择丹尼逊公司生产 的定 量叶片泵 T 6 C - 0 2 4 ，排量 为 1 3 6 mL ／ r 图 2 单泵流量 图 由功率计算公式可知液压系统的功率 P 告0 9 X 6 0 1 0 0 0 - 2 3 ． 7 4 k w ‘ 卵 ． ⋯’ 。 ⋯ ’ 式 中 P为工作压力 M P a ； q为理论 流量 1 Mm i n ； 为液压马达机械效率。 考虑液压系统一定压力裕度 ，选择标 准电动机功 率 3 0 k W。 同理 由一双联泵供油驱动各组执行元件运行 时的 最大流量如 图 3所示 。 一1 24 ． 5 昌 0 6 ． 6 1 3 ． 2 1 9 ． 8 2 6 ． 4 3 3 3 9 ． 6 4 6 ． 2 一 f ， s ‘ 口 I 邗 _一_一 弋 已L 一 0 6 ． 6 1 3 ． 2 1 9 ． 8 2 6 ． 4 3 3 3 9 ． 6 4 6 ． 2 f ， s 图 3 双泵流量图 下转第 7 9页 第 1 0期 刘湘一 等旋翼试验台液压伺服控制系统设计 7 9 3 具有双 阀驱动功能 ； 4 指令 、位移均可检测 。 伺服控制器 的电 路组 成 原 理如 图 4所 示 。 电源 板 用来 将 外 部供电转换成所需 的 电压 和 电 流。计 算 机 接口用来与控制计算 机通 讯 。伺 服 控 制 器 每个 通 道 由前 向通 道 板和 反 馈 通 道板 两 部 图 4电路原理 图 分电路组成，其中前向通道板接受外部指令信号，对 外提供伺服阀驱动信号。反馈通道板为双通道传感器 信号调理电路板，使用其中一个通道来调理位移传感 器的信号。另外泵站压力传感器的信号也通过第 1 通 道进行调理 。 伺服控制器 的前 面板 图 5 上设 置有 急 停 开 关 ，在紧急情况下可以将泵站急停。面板上的 “ 指 令”和 “ 位移”插头分别用来检澳 0 计算机的控制信 号和位移传感器的位移信号。 通道 I 、 、 ＼ I I 、 ＼ ＼ I I 、 、 ＼ I I mA 1 l mA l I mA l 通 道 开 开 ∞ 关 开 j} 幅 度 通 道 盘 。I 幅 度 邑 幅 度 演 设置 设 置 图5 伺服控制器前面板示意图 每个通道都设置有电流表用于监控伺服阀电流， 当开关在 “ 开”位置时，电流表显示伺服阀电流。 “ 设置”电位器用于手动调节控制器输 出， “ 幅度” 电位器用于对输入指令信号进行标定。面板上还设置 有 电位器用 于对控制器 的各种参数进行调节 。 伺服控制器既可以接受来 自计算机的控制信号， 也能直接接受信号发生器的信号 ，每个通道的后面板 上设有一个选择开关 图6 ，用于选择控制信号来 源 。 囊 量 计 算 机 墓 量 计 算 机 曩 差 器 o 。 计 算 机 一 0 魁回 回 回 、 回 回 回 一 一 O 皿 ⋯ 回 ⋯回 ⋯回 。舅 帆 保 险 丝 电 源 图6 伺服控制器后面板示意图 3 结束语 该液压伺服控制系统现已应用于旋翼试验台的各 项试验，在使用过程 中，该系统压力、流量性能稳 定，工作可靠，输出精度高，达到了设计要求，满足 旋翼试验 台操纵和激振 的需求 。 参考文献 【 l 】航空航天工业部科学技术研究院． 直升机动力学手册 [ M] ． 北京 航空工业出版社 ， 1 9 9 1 ． 【 2 】T O N G U E B H， F L O WE R S G T ． N o n l i n e a r R o t o r c r a f t A n a l y s i s 『 J ] ． I n t e r n a t i o n a l J o u rnal o f N o n l i n e a r Me c h a n i c s ， 1 9 8 8 ， 2 3 3 1 8 92 0 3 ． 【 3 】 周恩涛． 液压系统设计元器件选型手册[ M] ． 北京 机械 工业 出版社 ， 2 0 0 7 ． 上接第 7 6页 图 中 ，q 2 一l 1 2 4 ． 5 L ／ ra i n ，q 2 m 越 4 6 ． 2 L ／ m i n 液压泵选择丹尼逊公 司生产 的双联定 量叶 片泵 T 6 C C 一 0 3 1 ／ 0 1 2 ，排 量分别 为 1 0 0 、3 7 ． 1 m L ／ r 。双联 定量 泵 液压子 系统功 率 7 ／ 0 9 6 0 1 0 0 0-1 3 ． 4 3 k w ～ ． ⋯⋯⋯ P 2 0 9 6 0 1 0 0 0 _ 6 _ 4 8 k w 一 田 ． ⋯⋯” 考虑液压系统一定压力裕度 ，选择标准电动机的 功率 2 2 k W。 由上述可知系统的装机功率 由3 0 k W减少到 2 2 k W，装机功率节省了2 7 ％ ， 运行功功率节省了 1 6 ％。 5结 束语 从 以上分析可 以得 出结论 对于铝锭连续铸造机 这种多执行元件液压系统 ，可通过合理安排执行元件 动作时序并将液压系统分为两个液压子系统 ，由双联 泵供油驱动，可有效降低液压系统装机功率、运行功 率 ，达到 了节能 的 目的。 参考文献 【 1 】 机械设计手册委员会． 机械设计手册 单行本 液压传动 与控制[ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 0 7 ． 【 2 】 许福玲， 陈尧明． 液压与气压传动 [ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 7 ． 【 3 】官忠范． 液压传动 系统[ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 o 6． 【 4 】张利平． 液压传动系统及设计[ M] ． 北京 化学工业出版 社 ， 2 0 0 7 ． 【 5 】 方桂花， 何晓刚． 机床液压系统的高效节能措施[ J ] ． 机 床与液压 ， 2 0 0 9， 3 7 3 1 9 51 9 6 ． 【 6 】 张圣， 骆艳洁． 液压 系统节能设计 [ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 7， 3 5 1 1 5 11 5 2 ．