汽车试验平台液压系统设计与研究.pdf

第 3 1卷第 3期 2 0 1 0 年 9 月 哈 尔 滨 轴 承 J OU R NA L OF HA R B I N B E AR I NG Vo l 31 No ． 3 Sa p ． 2 0 1 0 汽 车 试 验 平 台液 压 系统 设 计 与 研 究 王永梅 ， 王希贵 1 ． 黑龙江T程学院 汽车工程系 ， 黑龙江 哈尔滨 1 5 0 0 3 6 ；2 ． 中国船 舶重 T集 团第 7 0 3研究所 ， 黑龙江 哈尔滨 1 5 0 0 3 6 摘要 对汽车试验平 台的液压系统进行 了设计研 究， 并选取 了相 关的液压 组件。对试验平 台的关键零件供 油环 和关键部件支撑装置进行 了深入的研究 ， 并确立 了可行 的设计 方案， 为后面 的试验平 台三维实体建模 提供 了理论 依据 和建模 所需的尺 寸参数。 关键词 汽车 ； 试验平 台； 三维实体 ； 建模 ； 液压系统 中图分类号 U4 6 7 ． 5 2 文献标识码 B 文章编 号 1 6 7 2 4 8 5 2 2 0 1 0 0 3 0 0 5 9 0 4 D e s i g n a n d s t u o n t h e m o t o r c a r t e s t p l a tf o r m h y d r a u l i c s y s t e m W a n g Yo n g me i ，W a n g Xi g u i 1 ． D e p a r t m e n t o f Mo t o r c a r E n g i n e e r i n g ， H e i l i n g j i a n g I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ， H a r b i n 1 5 0 0 3 6 ， C h i n a ； 2 ． 7 0 3 R e s e r c h o f I n s t i t u t e ， Ha r b i n 1 5 0 0 3 6 ， C h i n a Ab s t rac t T h e d e s i g n a n d s t u d y o f t h e mo t o r c a r t e s t p l a tf o r m h y d r a u l i c s y s t e m wa s pe r f o rm e d ， a n d s o me r e l a t e d h y d r a u l i c s u b a s s e n mb l i e s wa s s e l e c t e d．I n t e n s i v e s t u d y o n k e y p a r t f e e d o i l r i n g a u g k e y p a r t s u p p o r t e q u i p me n t wa s c a r r i e d o u t a n d f e a s i b l e d e s i gn p r o j e c t w a s d e t e rmi n e d ， S O t h a t t h e o r y e v i d e n c e f o r l a t t e r t h r e e - d i me n s i o n e n t i t y mo d e l a n d d i me n s i o n p a r a me t e r wh i c h i s n e c e s s a r y for mo d e l i n g i s p r o v i d e d ． 『 mo t o r c a r ； t e s t p l a tfo r m；t h r e e d i me n s i o n e n t i t y mo d e l ； mo d e l i n g ； h y d r a u l i c s y s t e m 1 前言 根据汽车试验平台的功能和技术要求 ，对试验 平台进行总体方案设计。对汽车试验平台的机械本 体结构进行具体设计和研究 ，并对试验平台结构中 存在的难点问题进行深入研究，提出合理的解决方 案。 2 汽车试验平 台的液压 系统工况分析 采用液压系统作为试验平台的动力源有如下优 点 1 液压系统以压力油作为T作介质来传递运 动、 力 矩 或控制信号。 液压系统容易调速、 适于远 距离和自动操作。 2 结构简洁 ， 占用体积少， 承载能力大， 易于 实现过载保护 收稿 日期 2 0 1 0 0 6 1 5 ． 作者简 介 王永梅 1 9 7 5 一 ， 女 ， 副教授 3 驱动平稳 ， 安全可靠 ， 噪声小 ， 输出刚度高。 4 液压控制系统具有响应速_I蔓J 陕、 高功率 ／ 重 量比等优 。 根据上面确定的设计方案可知 ，液压缸的作用 是推动下工作台面进行横摇和纵摇以及推动上工作 台面进行偏航运动。由于被测试件重量大加之试验 平台工作台面 自身重量使液压缸承受负载很大 ， 所 以每个 自由度采用两个液压缸进行驱动，对称布置 如图 l 所示。 这样一侧液压缸产生推力 ， 另一侧液压 缸产生拉力， 减轻了单个液压缸的负载， 从而降低了 液压缸的尺寸和流量。 网 l 试验平 台对称液压缸驱动 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 0 哈 尔 滨 轴 承 第 3 1 卷 由试验平台的一 r 作性能要求可知，在试验平 台稳定丁作情况下液压缸活塞位移循环图如图 2 所示 ， 纵坐标 L表示活塞位移 ， 横坐标 t 表示从活 塞启动到返回原位的时间。 速度循环冈 3 所示 ， 该 图清楚地表明液压机的T作循环。 L 。 ／ ／ ／ 一， _ 2 活塞位移循环 图 ＼ 图 3 活塞速度循环 冈 3 液压缸的设计 3 ． 1 初定液压缸工作压力 液压缸 作压 力主要根据运动循环各阶段中 的最大总负载力来确定 ， 此外， 还需要考虑以下因 素 1 各类 、L 殳 备的不同特点和使用场合。 2 考虑经济和重量因素 ， 力选得低 ， 则组 件尺寸大， 重量重 ； 压力选得高一些 ， 则组件尺寸 小， 重量轻， 但对组件的制造精度和密封性能要求 高。 按 照机械类型选择液压缸 的T作 压力如表 1 ， 试验平台应属于丁程机械 的范畴 ， 丁作负载大， 又由于在油路中存在压力损欠和效率等问题 ， 故 初选压 力为 3 2 MP a 。 表 1按机械类型选择液压执行组件的工作压力 机械 机 农 业 ] 程 类型磨床组合机床龙门刨床托床 机微 机械 ]一 作 压 力 ≤2 3 ～5 ≤8 8 ～1 0 J O ～I 6 2 0 3 2 ／ M Pa 3 ． 2液压缸 主要 尺寸 的确定 由于试验平 台的运动为正弦摇摆运动 ，每个 液压缸承受交替 的推力和拉力，因此采用双活塞 杆液压缸 ，实现等速往复运动。初选活塞直径为 1 6 0 mm， 活塞杆直径 l 0 0 ram， 则杠杆输出的推力 和拉力为 4 0 1 ． 7 8 k N。 3 ． 3 液压缸的流量计算 液 压缸 的最 大流量 ‘ ⋯ m ／ s 1 式 中A 液压缸的有效面积 m 2 ， ’ ， n 1 液压缸的最大速度 m／ s 。 液压缸的最小流量 l⋯ ／ 4 。 H 1 ／ s 2 式中 、 液压缸的最小速度 m ／ s ， ．4 液压缸的有效面积f m 。 3 ． 4 液压管道的设计 3 ． 4 ． t 油管类型的选择 液压系统中使用的油管分硬管和软管 ，选择 的油管应有足够的通流截面和承压能力 ， 同时 ， 应 尽量缩短管路 ， 避免急转弯和截面突变 。 1 钢管 中高压系统选用无缝钢管 ， 低压系统 选用焊接钢管。钢管价格低 ， 性能好 ， 使用广泛 。 2 铜 管 紫铜管 T作 压力在 6 ． 5～l 0 MP a以 下 ， 易变 曲， 便 于装配 ； 黄铜管承受 压力较高 ， 达 2 5 MP a ， 不如紫铜管易弯曲。铜管价格高 ， 抗震能 力弱 ， 易使油液氧化 ， 应尽量少用 ， 只用于液压装 置配接不方便的部位。 3 软管 用于两个相对运动件之问的连接。 高 压橡胶软管 中夹有钢丝编织物 ；低压橡胶软管 中 夹有棉线或麻线编织物；尼龙管是乳 白色半透明 管 ， 承压能力为 2 ． 5～8 MP a ， 多用于低压管道 。因 软管弹性变形大， 容易引起运动部件爬行 ， 所 以软 管不宜装在液 缸和凋速阀之间。 综上所诉 ，试验平台液压油管巾压力较大应 选 用无缝 钢管 3 ． 4 ． 2 油管尺寸 的确定 首先根据流经管道的最大流量和管内允许的 流速确定管道的内径 ，然后再根据管道承受的工 作压力及管道材料的强度来确定其壁厚。 1 管道 内径 d按下式计算 、 ／ 7 ／“ U一 3 式 中 通过管道的流量 1 n ／ s ， 管道 巾液流的允许流速 m／ s 。 从减少传递过程能量 的损失考虑 ， 希望降低 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 期 王永梅 ， 等 汽车试验平台液压系统设计与研究 管道中的流速。对一定 的流量而言 ， 减小流速 ， 势 必增加管道及其附件的尺寸及重量 ； 增大流速 ， 不 仅增加压力损失 ，还将影响组件及系统的正常工 作 。例如液压泵的吸油管 中流速过大会出现 “ 气 蚀” 现象 ， 回油管道 中压力损失过大将增高执行组 件的背压，影响其工作性能 ；压油管道中流速太 大 ， 还会使冲击压力增大。因此 ， 需要 限制管道 中 的流速 。 f 2 推荐的管道允许 流速如下 1 吸油管道 ≤l ～2 m／S f 一般常取 l m／S 以下 1 。 2 压油管道 ≤3～6 m／S 压力高 、管道 短 、油液粘度小取大值 ，局部收缩处可取 1 O m／ s 。 3 回油管道 ≤1 ． 5～2 ． 5 m／S 。 f 3 1 管道壁厚 按下式计算 盯 4 LO- J 式中 ， 广 管道内油液的最高工作压力 MP a ； r 卜 管道内径 mm ； [ r ， 卜一 管道材料的许用拉应力 ， 其值 【 ] [ o - ／n ； 【 tO “ ， J 一材料的抗拉强度 ； n 一安全系数 ， r l 4 8 。 钢管 P 7 MP a 时 ， 取 n 8 ； F 1 7 ． 5 MP a 时， 取 n 4 。 安全 系数考虑 了管道径 向尺寸误差与变形 、 管道 内的压力脉动 、 液压冲击 、 管道 的材料质量以 及工作压力的周期变化等不安全 因素。液压系统 的压力冲击或振动大者取大值。 根据式 3 、 4 计算 出的油管内径和壁厚 ， 查 手册选取油管 内径 d 1 O O mm，壁厚8 7 ram 的 标准规格油管。 4 供 油环 的提 出与设计 在驱动液压缸相对地 面静止时，可以直接把 油管与液压缸连接 ，轻而易举的把液压油供给液 压缸。 但是在试验平台设计方案中， 实现偏航运动 的两个液压缸与下T作台面相连接 ，下T作台面 在纵摇和横摇液压缸 的驱动下相对地面有摇摆运 动， 这给偏航液压缸 的供油带来 了困难。 因此为了 能够向运动中的液压缸供油 ，提 了供油环这一 结构并进行设计。偏航液压缸的运动是纵摇运动 和横摇运动的任意组合 ，显然供油环的结构应该 由两部分组成 ，一部分要与地面静态 的液压伺服 阀相连 ， 另一部分通过油管与液压缸相连 。 但是要 想设计 一个机构能够 同时抵消横摇和纵摇这两个 运动是很 困难的。 考虑到试验平台的结构形式 ， 下 工作台面是通过十字轴与基座连接的，下工作台 面相对于与之连接 的十字轴长轴 端只有纵摇运 动，而基座相对于与之连接的十字轴短轴端只有 横摇运动 。故可以采用两个供油环分别连接在十 字轴的长轴端和短轴端来抵消横摇 、纵摇 的这两 个运动 。两个供油环之 间通过十字轴轴孑 L 中穿过 的液压油管连接 ，这样就解决 了动态液压缸的供 油问题 。结构如图 4所示 ， 由内环和外环组成 ， 内 外环之间可 以相对转动 ， 并采用橡胶圈密封 。 由于 采用双活塞杆液压缸 ，液压缸在工作的时候要求 一 侧油管进油 ， 另一侧油管 回油， 无论是供油还是 回油都要 同时流经供油环 ，所 以供油环采用两腔 式结构 ， 中问用隔板隔开。 内外环之间可以相对转 动 ，转动幅度在 一1 0 。 ～1 0 。左有 。为了使转 动过程 中油路畅通无阻，即内外环开 口始终保持 相通， 内环开 口直径设计成 比外环开 口直径大 ， 这 样 内环转动时始终保证与外环相通 ，对液压油不 产 生 且力。 1 ． 外环2 ． 内环3 ． 橡胶 密封圈 图 4 供 油环结构原理 图 5 试验平 台支撑装置的设计 由于试验平 台所承受的负载重量较大 ，在工 作过程 中产生较大的倾覆力矩 ，这样就对支座和 底座的支撑 刚度和连接强度提出了较高的要求 ， 并且不利于试验平台运动的平稳性 。鉴于此设计 一 负载惯性所产生的倾覆力矩 ，提高试验平 台运 动的稳定性 ， 减少支座的刚度和强度要求。 如图 5 所示为辅助支撑装置的结构简图。设 三 自由度试验平台在T作过程中对底座产生的最 大倾覆力矩为 丁 ，辅助支撑 的支点 到十字轴 回转 中心 的距离为 L ， 弹簧刚度为 。 由虎克定律可得 △X． ￡ ， 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 2 哈 尔 滨 轴 承 第 3 1 卷 式中△ 弹簧压缩量 ， l lq m。 由试验平台的动力学仿真可以得出，试验平 台在工作过程 中对基 座产生 的最大倾覆力矩 ， 弹簧的压缩量 △ 硐 以由上台面摇摆到最大角度 时的几何关系算得 。这样就可以确定弹簧刚度 k 。 1 ． 橡胶套2 ． 内套筒 3 ． 外套筒 4 ． 橡胶挚5 ． 弹簧 图 5 支撑装置结构 6 结论 根据汽车试验平台的功能和技术要求 ，对汽 车试验平台的滑油系统进行总体方案设计。对汽 车试验平台的滑油系统的液压缸进行具体设计和 研究 ，并对试验平台结构 中给油环和试验平台的 支撑装置进行深入研究 ， 提出合理的设计方案。 参考文献 [ 1 】 乇俊宝， 张少锋， 阎义军． 液 技术特点及其在螺旋卸料 离心机上 的应用I J J ． 过滤与分离 ， 1 9 9 4 ， 4 3 0 3 2 ． 【 2 ] Ka i u hi n o e t a 1 ． L a r g e S c a l e _ l M】 3 Di me n s i o n a l a n d De g r e e s o f Fr e e d O IT I Ea r t h q u a k e Si mu l a t e r ， MI TS UBI S HZHEAVY I NDUS TRI ES ．J u B e ． 1 9 8 4 2～7 [ 3 ] ． 巴克． 液压阻力回路系统学【 M 】 ． 北京 机械 工业 出版社， 1 980 ． f 4 ] 林建亚， 何存兴． 液压组件[ M】 ． 北京 机械T业出版社， 1988 ． 260～270．31 4～320． 【 5 ] 章崇任． 对液压密封件的综合研究『 J 1 ． 建筑机械， l 9 9 5 ， f 1 1 1 4 ～6 ． 编辑 林小 江 上接第 5 6页 7 结束语 1 同步电动机的“ 打火” 原因不一定都是 同 步 电动机转子和定子之间的“ 扫膛 ” ， 以及由转子 或定子线圈对机体本身放电所引起的，特别是对 于运行多年的此类 同步电动机来说 ，短路板接触 不良引起 “ 打火” 的可能性是存在的。此类故障要 上接 第 5 8页 引起 足够 的重视 。 2 在安装同步电动机时 ， 要用双臂电桥面对 转子短路板进行测量 ，并将测量结果整理记录在 设备管理档案中。当同步电动机} H 现有相类似的 故障时可重新对转子进行测量 ，并将新测量 的结 果与原始测量记录进行 比较 ，这样有利于及时判 断出故障。 编辑 林小江 气体可 以及时排除， 既节省了很多资金， 又节省了 人力 ， 供热达到了很好的效果 见图 1 c 。 4 结束语 对于供热系统存在的问题 ， 要 认真分析 ， 找到 问题的根源 ， 然后加以解决 。供热系统高效 、 顺畅 的运行对于生产的正常进行提供 了有效的保障。 编辑 、 江 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m