超长液压管道压力损失的计算与试验分析_万会雄

图 4 试验得出的压力损失-流量特性曲线
图 4试验 得 出的 压 力 损失-流 量特 性 曲 将图 2 与图 4 相比较, 表明理论计算值与实测值极为吻 合, 在最大流量 为 1. 04 L /m in时, 两者的 最大 误差 为 4. 7% 。 4 结论
对于具有超长管道的液压系统来说, 必须准确计 算 管道 内液压介质的 压力损失值。在正 常配管 情况
分别采用比例方向阀组成的液压系统 (液压方案 1) 与 采用比例流量控制阀和普通换向阀组成的液 压系统 ( 液压方案 2)进行实验, 并对这两种液压方案进行分 析比较。
收稿日期: 2009-03-18 作者简介: 许振保 ( 1978 ), 男, 山东 省宁 阳人, 助教, 硕 士, 主要从事控制技术方 面的科研和教学工作。
图 1 管段内液压介质的流动状态
收稿日期: 2009-05-10 作者简介: 万会雄 ( 1963 ), 男 , 湖北汉川人, 副教授, 博士研 究生, 主要从事电液控制系统的研究工作。
24
液压与气动
2009年第 10期
在管道长度 l 后取一微小管段长度 dl, 在 dl 区段
内, 液压介质的沿程压力损失 dp 为:
2009年第 10期
液压与气动
23
超长液压管道压力损失的计算与试验分析
万 会雄 1, 2, 黄 辉 2, 黄 海波 2
Calcu lation and Expermi ental Analysis of Pressure Loss in U ltra- long H ydraulic P ipeline
2009年第 10期
液压与气动
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高空作业车举升臂电液ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ制系统的试验研究
许振保 1, 赵春娥2
Expermi ental Study on E lectro-hydrau lic Contro l System for the Raising Arm of the H igh Task Veh icle
失 p 为:
p = pl + p
( 7)
采用好富顿 H S620水-乙二醇难燃液, 在 t0 = 24
环境温度下, 0 = 68. 4 mm2 / s, = 1080 kg /m3; 取 d =
6 mm, l= 65 m, u = 0. 1 m / s, n = 32, = 9. 5。根据式
( 2) 和式 ( 6)可分别计算出管道内的沿程压力损失和
下, 管道内的局部压力损失与沿程压力损失相比, 数值 极小, 可以忽略。在计算管道的沿程压力损失时, 应考 虑管道内液压介质与外部环境的热交换, 即考虑管道 内液压介质的温度与黏度值对沿程压力损失的影响。 由此计算出的管道压力损失值与实测值的误差较小。 上述压力损失的计算方法可为具有超长液压管道的液 压系统工作压力的设计提供可靠的依据。
WAN H u-i x iong1, 2, HUANG H u i2, HUANG H a-i bo2
( 1. 华中科技大学 机械科学与工程学院, 湖北 武汉 430074; 2. 武汉理工大学 物流工程学院, 湖北 武汉 430063)
摘 要: 大多数液压系统中各元件相互联接的管道较短, 管道中的压力损失可通过计算管道内液压介质 在最低温度下, 其所有直管的沿程压力损失和所有弯管 ( 或弯头 ) 处局部压力损失之和而得出, 由此得到的 计算结果与实际值差别不大。而对于某些具有超长管道的液压系统来说, 在计算管道的沿程压力损失时, 应 考虑管道内液压介质与外部环境的热交换, 即考虑管道内液压介质的温度与黏度值的大小对压力损失的影 响。该文在上述基础上, 建立了超长管道压力损失的计算方法, 并对某一规格和长度管段内液压介质的压力 损失进行了理论计算和试验验证, 结果表明管道内压力损失的理论计算值与实测值的误差较小, 该压力损失 的计算方法可为具有超长液压管道的液压系统工作压力的设计提供可靠地依据。
管道内液压介质的沿程压力损失转换为热量, 使 液压介质的温度及黏度发生变化 [ 2] , 在 dl管段内由沿 程压力损失产生的热量为:
= q dp
( 3)
沿程压力损失所产生的热量均由管道散热至自然
环境中, 因此有:
-
= ( t - t0 ) d h dl
( 4)
-
式中 h
-
表 面传 热系 数, h
= Nu
1. 系统油源 2、3. 精密压力表 4. 调速阀 5. 流量计 6. 油箱
图 3 压力损 失测定试验系统原理图
图 4所 示为 环境 温度 24 , 当流 量值在 0. 3 ~ 1 04 L /m in范围内时 AB 管段内压力损失-流量特性 曲线。图中, 当流量逐次增加时, 压力损失也成比例地 增加; 流量逐次上升时的压力损失-流量特性曲线 ( 曲 线 1) 和流 量逐次下 降时的压 力损失-流量 特性曲 线 ( 曲线 2)重合性好。
局部压力损失。由计算结果可知, 管道内的局部压力
损失与沿程压力损失相比, 数值极小, 可以忽略; 当管 道内液压介质的流量 q 从 0上升至 1. 04 L /m in时, 根
据式 ( 7) 可计算出管道内总的压力损失随流量的变化
情况, 其压力损失 流量特性曲线如图 2所示。
图 2 计算得出的压力损失-流量特性曲线
XU Zhen-bao1, ZHAO Chun-e2
( 1. 泰山学院, 山东 泰安 271021; 2. 泰山职业技术学院, 山东 泰安 271000)
摘 要: 该文针对高空作业车举升臂腰部回转运动关节和伸缩臂伸缩运动关节, 分别采用比例方向阀组 成液压系统与采用比例流量控制阀和普通换向阀组成的液压系统进行试验。通过试验验证了比例阀控马达 位置闭环控制系统的性能, 验证了减小比例阀中位死区的线性化补偿方法, 验证了比例阀-普通方向阀控两 回路马达液压系统方案的可行性。
2
dp = 2d dl
( 1)
式中
沿程阻力系数, = 75; R e 为雷诺数, Re
R e = d, 为液压介质的运动黏度
管道内液压介质的平均流速, = 4dq2,
q 为管道内液压介质的流量
液压介质的密度
d
管道内径
由式 ( 1) 可计算出所有直管段的沿程压力损失
p l 为:
l
pl =
dp
0
( 2)
m, 取 d
m=
0 029; N u 为平均努塞尔系数, 取 N u =
0. 171
R 0. e1
618,
R
e1
=
u
d, u 为空气流
速
t 管道内液压介质的温度
t0
环境温度
管道内液压介质在温度为 t时, 其运动黏度为 [ 3 ]
= e- 1( t- t0) 0
( 5)
式中 1 为黏温系数, 取 1 = 5 10- 2 / 。
响 [ J] . 机床与液压, 2003( 4).
通常情况下, 液压系统中各元件相互连接的管道 较短, 管道中的压力损失值可通过计算管道中的液压 介质在最低温度下, 其总的沿程压力损失和总的局部 压力损失之和而得出 [ 1] , 计算时可忽略管道内液压介 质与外部环境的热交换, 由此得出的计算结果与实际 值差别不大, 能够满足系统要求。
而对于某些如大型船舶中的特殊液压系统, 其执 行元件与系统油源之间相连接的管道长达近百米, 如 果按上述方法计算, 必然出现较大误差。因此, 对于超 长管道的压力损失计算, 必须充分考虑管道内液压介 质与外部环境的热交换, 即考虑管道内液压介质的温 度与黏度值的大小对压力损失的影响, 以使计算结果
3 试验分析 按图 3所示原理图建立压力损失测定试验系统。
图中 A、B 两端采用 10 2无缝管, 长度为 65 m, 管 间共有 32个 90 圆滑弯管。调节调速阀 4, 使通过管 段 AB的流量为某 一流量值 q 时, 读 出精密压力表 2 和表 3的读数值, 两读数值的差即为 AB 管段内液压 介质总的压力损失。
与实际值较为吻合, 为液压系统工作压力的设定提供 依据。 2 超长管道压力损失的计算
对于超长管道来说, 管道内液压介质的压力损失 为所有直管段的沿程压力损失与所有弯管 (或弯头 ) 处的局部压力损失之和。 2. 1 直管段的沿程压力损失
图 1所示为从系统油源出口 A 到管道某一长度 l 处管段内液压介质的流动状态。由于管道长, 为了减 小压力损失, 管道内液压介质的设计流速通常较低, 管 道内液压介质的流动状态为层流。
关键词: 举升臂; 比例阀; 普通方向阀; 液压系统
中图分类号: TH 137 文献标识码: B 文章编号: 1000-4858( 2009) 10-0025-04
引言 高空作业车举升臂机构共有 5个自由度: 腰部机
构的回转运动; 伸缩臂的俯仰运动; 伸缩臂的 伸缩运 动; 俯仰机构在垂直面内的转动; 作业平台在水平面内 的左右转动。在这 5个自由度中, 腰部机构的回转运 动关节和伸缩臂的伸缩运动关节在实际操作过程中是 需要频繁操作的 2个自由度, 而且在操作过程中要求 速度可调。因而在试验过程中, 主要针对这 2个关节,
由式 ( 1) ~ ( 5) 即可计算出所有直管内液压介质
的沿程压力损失值。
2. 2 弯管 (或弯头处 ) 的局部压力损失
管道内所有弯头处的局部压力损失
算:
2
p =n
2
式中 n
管道中弯头的数量
p 按下式计 ( 6)
局部阻力系数, 对于 90 圆滑弯管, 取
= 9. 5 2. 3 管道内总的压力损失
根据式 ( 2) 和式 ( 6) 可计算出管道内总的压力损
关键词: 超长液压管道; 压力损失的计算; 热交换; 试验分析
中图分类号: TH 137 文献标识码: B 文章编号: 1000-4858( 2009) 10-0023-03
1 引言 液压管道是液压系统中各元件相连接的纽带, 起
着输送液压介质和传递能量的重要作用。在液压管道 设计过程中, 除考虑其耐压强度要求以外, 对管道中液 压介质的流速以及与其相关联的压力损失必须引起足 够的重视。压力损失值的大小直接影响液压系统的设 定压力和执行元件的有效输出力 (或扭矩 ) , 进而影响 系统的工作性能和可靠性。
参考文献: [ 1] 万会雄, 明仁雄. 液 压与 气压传 动 [M ]. 北京: 国防 工业
出版社, 2008. [ 2] 王剑鹏, 秦四成, 田中笑. 50型轮式装载机液压系统热平
衡分析与验证 [ J]. 工程机械, 2008( 9). [ 3] 朱仁宗, 杜彦亭, 金明 哲. 液 压油粘 度对超 高压系统 的影