液压系统的分析与计算 PPT课件

1 液压系统的分析与计算 1液压系统的设计理念2液压系统设计的内容与步骤3拟定系统方案4估算执行元件的参数5建立液压系统的数学模型确定系统主要参数6液压系统的静 动态性能分析 见伺服系统 2 液压系统在实际中的应用举例 水利工程 闸坝设备 拦潮坝 孤门 活动桥 船闸 水利发电 升船机 3 液压系统在实际中的应用举例 港口机械 船舶 海事工程 钻油台 开体泥驳 疏竣工程 升船机 分体泥驳 甲板机械 首侧推及推进系统 舵机系统 波浪补偿装置 发动机控制系统 顶升系统 集装机控制系统 滑动系统 港口用起重机 绞吸式挖泥船 船舶用卸载机 4 液压系统在实际中的应用举例 冶金工业 炼铁 炼钢 连铸和轧钢 5 液压系统在实际中的应用举例 通用机械 环卫工程 舞台技术 模拟系统 试验台 汔车机控制系统 机床 造纸设备 6 液压系统在实际中的应用举例 塑料机械 塑胶注塑成型机 中空成型机 金属压注机 聚氨脂塑料机 塑胶挤出成型机 橡胶机械 7 液压系统在实际中的应用举例 压机 折弯机 挤压机 陶瓷压机 深冲压机 锻压机 高速冲床 8 液压系统在实际中的应用举例 行走机械 挖掘机 装载机 叉车 压路机 路面机 混凝土搅拌机 混凝土泵 起重机 钻机 履带装载机 推土机 农业机械 林业机械 收割机械 收割机 公务车 修路机 9 液压系统的设计理念 1 用户第一 2 技术指标 经济指标 社会效益最优化 3 产品标准化 4 可持续发展 10 液压系统设计的内容与步骤 1 明确产品生产过程和工艺对液压系统的要求 2 明确主机 设备 的结构特点 布置方式 控制要求 3 确定液压系统的工况及其特点 4 估算各执行元件运动参数和动力参数 5 拟定系统方案 元件选型 绘制液压系统原理图 决定控制方案 开环 闭环 6 建立系统数学模型 含静态和动态 计算系统数学模型中的重要参数 7 系统静态性能和动态性能的校核 8 绘制系统装配图和非外购件的零件图 11 确定液压系统的工况及其特点 液压系统的工况 1 执行元件运动参数的数量和型式 2 执行元件驱动的负载及其变化规律 3 多个执行元件之间的运动关系和每个执行元件在一个运动周期中的动作顺序 4 每个执行元件所要求的性能 12 拟定系统方案 1 确定液压系统的控制方式 开环 闭环 开环控制系统不具备抗干扰能力 其控制精度取决于组成系统各元件或环节的精度 不存在稳定性问题 采用闭环控制主要考虑以下四个方面 控制参数 1 为了提高系统的自动化水平 保持设定值不受外部干扰的影响 2 为了提高液压的控制精度 3 为了提高系统的动态性能 快速响应性 4 提高阻尼 保证系统稳定性 13 1 为了提高系统的自动化水平 保持设定值不受外部干扰的影响 主要包括以下三种情形 1 在不同的负载压力下 保持执行元件速度的稳定 2 在执行元件输出不同的力时 保持执行机构具有确定的位置 3 在执行元件承受偏载时 负载作用力的方向与执行元件的运动方向不在一条直线上 保持两个以上的液压缸作同步运动 拟定系统方案 14 2 为了提高液压的控制精度 3 为了提高系统的动态性能 快速响应性 4 提高阻尼 保证系统稳定性增加阻尼有以下两个思路 1 耗能 在执行元件的进油腔与回油腔之间加装泄油通道 增加摩擦这种方法对增加系统的稳定性有一定效果 陷阱 2 采用负反馈增加系统阻尼 拟定系统方案 15 绘制液压系统原理图 开环系统 综合基本回路 调压回路 调速回路 方向控制回路 顺序回路 平衡回路 同步回路 保压与卸荷回路 闭环系统 位置控制系统 速度控制系统 加速度控制系统 力 压力 控制系统 16 元件选型 安装方式压力等级流量范围信号类型 17 确定系统的动力源型式 确定动力源型式的原则 原则1 功率要满足执行元件最大功率要求 尽可能做到动力源功率与执行元件所需要的功率相适应 节能 1 动力源的流量 压力曲线 2 3 4 执行机构换算成流量 压力关系后的曲线 18 确定系统的动力源型式 原则2 动力源输出的参数要与控制元件的输入参数相匹配 恒压源的构成方式 19 确定系统的动力源型式 定量泵 蓄能器 卸荷溢流阀 20 确定系统的动力源型式 恒压泵串联减压阀 21 确定系统的动力源型式 原则3 液压动力源应满足控制系统的稳定性和快速性要求常见问题和解决方案 1 多缸系统中的各个执行元件顺序动作 且对流量的需求差别很大 采用的办法 按需要最大流量的执行元件选择液压泵的流量 采用单泵 蓄能器供油 采用将液压泵分组的方案 将流量相近的执行元件分组 由相应的液压泵供油 采用比例流量控制泵供油 适应执行元件的不同流量需求 如注塑机液压系统 2 多缸系统的执行元件同时动作和顺序动作相互组合 应求出系统需要的最大流量 再依据上述方法确定液压泵的数量 3 多缸系统中 不同执行元件的工作压力相差大 其对应的控制回路对液压动力源的压力要求差别也大 22 确定检测元件及其所采用的传动机构的形式检测环节包括传动机构 传感器及其二次仪表 定好系统方案 选好元件 可以绘制系统原理图 通常情况下 系统原理图不是一次完成的 还要结合系统参数计算 系统性能校核 具体元件造型 甚至通过实验验证等多次反复 并在结构设计完成之后才能最终确定下来 23 闭环控制 阀控缸系统 24 估算执行元件的参数 估算系统压力的原则原则1系统压力要满足执行元件克服最大负 含摩擦 和实现最大加速度的需要 即满足系统拖动的需要 原则2系统压力等级在所打算选用液压泵的额定压力范围内 原则3系统压力的大小有利于使系统采用的元件经济实惠 原则4当一个系统有多个执行机构 系统又采用单泵集中供油时 系统压力按要求最高压力的执行元件确定 1 系统压力的估算 25 执行元件主要结构参数的估算 1 液压缸活塞面积的估算 方法1 根据执行元件加 减速的需要计算活塞有效面积 方法2 根据执行元件恒速状态下所要克服的最大稳态负载计算活塞的面积 26 2 活塞杆径的估算根据液压缸在一个工作循环过程中 活塞杆的受力关系 按压杆的稳定性和推 拉杆的强度计算活塞杆直径 参考标准系列取较大值即可 执行元件主要结构参数的估算 27 例8 1已知活塞直径D 40mm 活塞杆直径d 22mm 液压缸行程L 50mm 负载质量m 830kg 估算双出杆液压缸的固有频率解 取液压油的弹性模量E 1 4 液压缸的有效面积为 液压缸 负载系统固有频率的估算 28 液压缸 负载系统固有频率的估算 例8 2仍采用例8 1参数 估算单出杆缸的固有频率 解 无杆腔面积环形腔面积面积比 29 液压缸 负载系统固有频率的估算 例8 2仍采用例8 1参数 估算单出杆缸的固有频率 发生时活塞所处的位置结论 在相同条件下 单出杆缸比双出杆缸的最低固有频率略高 30 液压缸 负载系统固有频率的估算 液压马达固有频率的计算 31 固有频率对执行元件加 减 速度过程的制约 液压缸数据见例8 2 若液压缸的速度变化量 液压缸的最大允许工作压力 求最大的减加速度和最小的制动距离 例8 3 解 1 先按固有频率求解 时间常数 和 取 则 对应的最小制动距离为 32 2 再按液压缸的最大作用力求解 和 固有频率对执行元件加 减 速度过程的制约 33 拟定系统方案 拟定系统方案就是决定系统中的重大问题 其主要内容包括 确定电液比例控制系统的类型和控制方式 开环或闭环 选择控制元件 执行元件 检测元件的类型 确定动力源型式 34 开环比例控制系统的数学模型 1 根据所拟定的系统方案确定组成系统的各个环节 如信号发生装置 比例放大器 比例控制元件 阀和泵 执行元件 含负载 2 按信号在系统中的流向将上述各个环节依次联接起来 构成系统框图 3 根据系统和选定元件的技术参数求出每个环节的增益 并填入对应的框图内 35 开环比例控制系统的数学模型 1 开环控制系统回路增益的概念2 开环控制系统回路增益的组成开环控制系统的回路增益是组成系统的各个元件的增益之积 由上图可得开环控制系统回路增益为3 开环控制系统回路增益的分配 36 2开环增益的确定及对系统性能的影响 闭环控制系统的开环波德图 闭环比例控制系统的数学模型 37 开环增益的确定 例8 4 液压缸数据见例8 2 试根据系统的稳定性要求初步求解闭环系统开环增益的最大值 解 工程实践中 0 05 0 2 本例取由式可得 的最终值由调试结果确定 38 3闭环控制系统的开环增益分配方法回路增益的分配可以遵循以下两条技术路线 1 选用标准的控制元件组成系统 1 首先确定 2 选择比例控制元件 3 确定 4 确定 5 设计PID调节装置中的比例环节2 为控制系统设计特定环节的增益 闭环比例控制系统的数学模型 39 典型例题举例 面积比 由活塞运动速度相等的关系得 式中 通过油口P A的流量 通过油口B T的流量 采用对称阀口时 根据 的关系和式 8 2 得 8 1 8 2 式中 油口P A间的压差 油口B T间的压差 8 3 40 典型例题举例 空载时 由活塞的受力平衡方程得 式 8 3 代入式 8 4 得 8 4 整理上式得 所以 最大的进油流量 式 9 25 代入式 9 26 得 8 5 8 6 液压缸伸出的最大速度 发生在空载条件下 为 8 8 8 7 41 空载时 式 8 9 代入式 8 10 得 8 10 整理式 8 11 得进油阀口压降 8 11 8 12 进油的最大流量 8 13 液压缸缩进时的最大速度 8 14 因为 典型例题举例 42 典型例题举例 例8 6设单出杆缸垂直布置 如图所示 空载外伸的最快速度 全部外负载为质量 形成的重力 确定控制阀的规格和增益 分析可实现的最大快 求 泵站供