(1)二次调节系统。二次调节静液传动系统由恒压油源、二次元件(液压泵 马达)、工作机构和控制调节机构等组成。二次调节系统是工作于恒压网络的压力耦联系统,通过调节二次元件斜盘倾角来改变二次元件排量,以适应负载转矩的变化,使负载按设定的规律变化。系统中的压力基本保持不变,二次元件直接与恒压油源相连,在系统中没有原理性节流损失,从而提高了系统效率。另外,蓄能器的加入,不但抑制了压力限制元件发热所引起的功率损耗。而且还通过回收 、释放液压能有效提高液压系统的工作效率。
(2)电液负载感应系统。负载感应就是将变化的负载压力反馈到压力补偿装置或液压泵的变量调节机构 ,使液压系统压力 与负载压力相适应 ,消除了系统压力过剩,由于负载感应装置与变量泵的变量调节机构联系在一起,使变量泵的流量 与负载流量相适应,系统不会产生过剩流量。
(3)定量泵加变频调速电机电液系统。交流变频调速液压系统避免节流损耗和溢流损耗,另外,交流变频调速液压系统还大大提高了原动机——异步电动机的效率,并显著改善功率因数,是其它液压调速方式所无法比拟的。利用变频器改变泵的转速,使泵的输出流量与系统所要求相适应,可以使溢流损失降至最低,有效地节约了能量。交流变频调速液压系统在大功率间歇运动的调速系统中,其优越性更为显著。
(4)尽可能地节省空间。采用无油压控制阀可以减少系统装置空间,依据闭回路的构成使油箱小型化,减少发热量从而不须使用冷却器。例如,采用伺服马达使液压泵正反转向,不必使用方向、流量 、压力控制阀也能达到控制的效果。采用闭回路系统,可以自我形成油量补偿机能,混合式伺服系统可以使油箱控制在储存最小作动油的状态下作功,体现油箱小型化的优点。由于只在需要时使液压泵输出必要的流量,从而将发热源控制降至最低,也就无需再加装冷却器。因为不需冷却水的循环以及减少作动油的消费量,所以也能节省资源。另外,降低噪声也依然重要。
(5)一体化构造。将液压泵 、马达、油箱、油量补偿回路构成为一体,形成无配管的一体构造。
(6)省电节能的液压系统设计。高的响应速度、高的控制精度和重复精度的比例阀、比例泵、伺服阀的应用;由转速叮调的伺服电机+柱塞泵、伺服马达螺杆驱动、蓄能器 +高速伺服组成闭环同路控制油电式高速注塑机液压系统设计和应 用。有高低压双联或多联式泵、变量泵、
11 蓄压器系统等的推出:针对阀控电液系统有较大能量损失的问题,推出了泵和电液比例阀结合的负载感应型,泵和比例压力、比例流量控制阀结合的注塑机电液控制系统。
第三章 液压动力单元的结构分析
3.1 液压动力源的几种结构形式
液压动力源按布置方式分为上置式、非上置式和柜式三种。
①上置式液压动力源。泵组布置在油箱之上的布置方式称为上置式。上置式布置方式按电动机的摆放位置又可分为立式和卧式。当电动机立式安装,液压泵置于油箱内时,称为立式液压动力源;当电动机卧式安装,液压泵置于油箱之上时,称为卧式液压动力源。
②非上置式液压动力源。将泵组布置在底座或地基上的液压动力源称为非上置式。如果泵组安装在与油箱一体的公用底座上,则称为整体型液压动力源;将泵组单独安装在地基上则称为分离型液压动力单元。整体型液压动力源又可分为旁置式和下置式两种。
③柜式液压动力源。将泵组和油箱整体置于封闭型柜体内的结构称为柜式液压动力源。 3.2 各种布置的比较
上置式液压动力源占地面积小,结构紧凑,液压泵置于油箱内的立式安装动力源,噪声低且便于收集漏油,一般应用于中小功率的液压泵站。当采用卧式动力源时,由于液压泵置于油箱之上,必须注意各类液压泵的吸油高度,以防液压泵油口处产生过大的真空度,造成吸空或气穴现象。
非上置式液压动力源由于液压泵置于油箱液面以下,故能有效改善液压泵的吸入能力,这种动力源装置高度低,便于维护,但占地面积大,适用于泵的吸入允许高度受限制,传动功率较大,而使用空间不受限制,以及开机率低,使用时又要求很快投入运行的场合。新一代的这种布置方式的液压动力源可以将液压泵组、油箱组件、控温组件等集成为一个整体,机构做得相当紧凑,并且能保证一定压力和排量,如近些年来出现的通用性较强的液压动力单元就是典型代表。
12 柜式液压动力源装置可在柜体上方便地布置各类仪表板和电控箱,且外观整齐美观,因泵组被柜体封闭而屏蔽了噪声,同时能有效减少外界污染,其缺点是由于需顾及操作和维护的空间及液压系统的散热,致使其外形尺寸较大,通常仅在中、小功率场合及实验室采用。 3.3 布置方案的选定
考虑到本次设计的液压动力源的实际使用环境,在满足压力和排量要求的前提下,整个系统做得越小越紧凑越好,不仅占地面积小,而且也节省了不少材料,在这个大前提下,处在体积和布置上向液压动力单元形式靠近。
因为海水的腐蚀性,液压动力单元最外层与海水接触部分材料要选用特殊材料,并且希望这种材料的面积尽量小且形状规则,如果电动机和液压泵放在油箱外面,这样必将增加外壳材料表面积,也会使得外壳的形状相对复杂随之而来的装配和焊接问题就会更多,这里采用将电动机和液压泵放在油箱内部。
一般陆地环境使用的普通三相异步电动机,电动机外壳内是有空气的,这样就是需要在电动机轴的出口处加动密封装置,防止液压油进入电动机线圈内,因为当海水深度达到6000m时,压力将达到60MPa,所以对这个密封装置的要求很高。为解决这个问题,考虑将电动机换成现在较为先进的水下电动机,由于这项技术属于较为前沿的技术,还没有完整的系统材料,所以下面引用国外某水下电动机的资料。
水下电动机应着重考虑电动机耐受水压以及水的隔离问题,某公司的产品采用了两种方法。
·耐水压的机械结构:采用高机械强度材料增加壁厚的机壳以承受水压及隔离海水。
·平衡压力结构:电动机内部充油,以非金属膜盒加以封闭,靠此膜盒的伸缩适应内部油液的热膨胀以及外部水压的变动,使电动机内外压力达到平衡。
显然选用第二种方法的水下电动机比较合理,在还没有完整资料的情况下,在此基础上对电动机进行改进,设计出一个在理论上行得通的水下电动机。电动机的压力平衡部分一般放在电动机的尾部,改进后的设计也是从尾部进行。
13 既然选择的是深海电动机,则电动机的防腐问题在电动机设计室已经考虑了,那么其外壳材料肯定选择了防腐材料。在这种情况下液压动力源如与原来的布置一样,会造成防腐材料的损失,那么就可以将电动机放在油箱外面而只将液压泵放在油箱内,这样会使得液压动力单元的体积和重量都变小,不足的是其长度会有所增加。
这样整个系统的大致结构就定下来了,核心问题是考虑怎样才能使油箱内的压力和海水的压力相等,或者是使油箱内的压力略大于海水的压力。
3.4 油箱的设计
通常油箱可分为整体式油箱、两用油箱和独立油箱三类。 ·整体式油箱是指在液压系统或机器的构件内形成的油箱。 ·两用油箱是指液压油与机器中的其他目的的用油的公用油箱。 ·独立油箱是应用最为广泛的一类油箱。
独立油箱常用于工业生产设备,一般制成矩形,也有圆柱形或油罐形,通过计算可以发现,在材料用量相同的情况下将幽香制成圆柱形所获得的体积比矩形的大,所以初步选定油箱形状为圆柱形,电动机的外形一般也是圆柱形的,将电动机和油箱连接在一起后,其形状还是比较规则、美观和统一的。
对于液压系统,液压油的清洁对整个液压系统的影响是非常大的。虽然凭借着过滤器的吸附能力能保持油液一段时间的清洁,但油液用久了之后肯定还是会因为各种原因,其清洁度不能满足要求,需对其进行更换,因此可以在圆柱形油箱的内壁底部设计一个排油槽,便于在对液压系统进行维护时更换液压油。说到排油问题,圆柱形的油箱就有优势了。因为整个油箱的侧面都成圆弧形,这样杂质回顺着油箱壁滑落到油箱最底部的排油槽里,随着油液往外排出,杂质也就很轻松地随着油液往外排出了。
本系统的油箱容量按经验公式来计算,因为系统工作时,整个油箱是浸泡在海水里的,并且海底的温度一般为4℃左右,所以整个系统的散热习惯是非常好的,相当于是冷水,没有必要从散热的角度来计算油液的容积。
油箱容量的经验公式为
14 V
(2-1)
式中 ----液压泵的流量;
=
----经验系数,一般情况下取3~5。则可求得系统所需油液的
体积 V 为:
V=3×52.5=157.5(L)
本文所设计的系统结构是将液压泵及其他的一些部件放置在油箱内部,所以要计算油箱的体积需要将这些部件的体积加上所需油液的体积。液压泵的外形是很不规则的,要精确计算他的体积大小是很有困难的,本文将其近似看成一个立方体,各个方向的尺寸折合后为195㎜×202㎜×233㎜。则液压泵所占的体积V为:
V=195×202×233=9.18×10(mm)
液压泵的体积加上其他部件的体积,最后将总的体积圆整为9.2×10 mm,即9.2L。这样整个油箱的体积为
V =V+ V=157.5+9.2=166.7(L)=1.667×10(cm)
选取的深海直流电动机直径大约为400㎜,为保证整个系统的美观性,同时也保证整个装置不至于过长,将油箱的端面直径选取为560㎜,这样就可以根据体积计算出油箱的长度。
V×=1.667×10 (2-2)
(2-3)
式中 V ----油箱所需的体积 ,cm ;
——油箱端面的直径,㎝;
——油箱长度,㎝。 最后将油箱的长度选定为68㎝。 3.5系统压力平衡问题的分析
要使系统内部油液压力增大,可以向油箱内加入更多的油液,在体积不变的情况下,油液越多压力就会越大,但是在深海,这种方法是行不通的。另外一种方法是在油液量不变的情况下,减小油液的体积也能增加油液的压力,下
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