液压回路节能图解分析

94
沈阳工业大学学报
第 18 卷
1. 2 回路节能图解分析 该回路卸荷与非卸荷两种工况的轼率特性, 由图 2 所示的 p —Q 特性曲线, 可得出如表 1
所列结果 . 不难看出, 卸荷相对非卸荷的节能效果为图 2 中面积 123P pI 所确定的功率 .
表 1 图 1 所示回路工 作状态表
DT
工 况
调速阀 的工作点
溢流阀的 工作点
背压阀的 工作点
B1 B2
有效 功率
0
3
调速阀功 率损失 0
面积 021p 2p 1Q1Q 2
面 积 p 1p 32p 1
4
Pr
溢流阀功 率损失 面 积
0p r B2Qp 0 面 积
Q1T B1Qp Q1
1 0
背压阀功 率损ห้องสมุดไป่ตู้ 0
面 积 0p 2aQ2 0
第 18 卷
1 卸荷回路
1. 1 回路及其 p —Q 特性曲线 图 1 为用二位二通阀实现卸荷的卸荷回路. 根据各元件的特性曲线[ 1] , 不难绘出图 1 所示
回路的 P —Q 特性曲线如图 2 所示.
图 1 卸荷回路 本文收到日期: 1995- 07- 20 第一作者: 男. 36. 硕士讲师
图 2 p—Q 特性曲线
4 限压式泵-调速阀容积节流调速回路
4. 1 回路及其 Q-p 特性曲线 由限压式变量泵 1 和调速阀 2 等所构成的容积节流调速回路如图 7 所示 . 图 8 是该回路
的 Q-p 特性曲线 . 图中 p 1—负载压力; p 2—背压阀 3 的调定威力; P p —泵出口压力; Q1 —负载流量;
Q—液压缸无杆腔排出的流量 . 4. 2 回路节能图解分析
p 3—调速阀 4 出口压力; p 3’—调速阀 4 中的节流阀入口压力; Q1 —负载流量; Q 2—液
压缸无杆腔排出流量; Qr —溢流阀的溢流量; p r , p o—分别为溢流阀的全流和开启压力
.
3. 2 回路节能图解分析
为减少篇幅, 这里只分析 “工进”和 “死挡铁停留”两工况的能耗情况, 其功率特性如
表 4 图 7 所示工作 状态表
工 况
泵的工 作 点
调速阀的 工作点
背压阀的 工作点
回路有 效功率
调速阀损 失功率
痛压阀损 失功率
工 进
A
A
B
面积
面积
Q 2Bp20Q 2
p1DQ 1Q 2Bp2p1 p1D Appp1
死挡铁
C
0
0
停 留
/
/
0
工进时的回路效率
c=
面积 p 1D Q 1Q 2B p 2p 1 面积 0p p A Q 1 0
图 7 容积节流调速回路
图 8 Q—p 特性曲线
第 2期
胡 庆等: 胀管机自动控制系统的研究
97
回路的功率特性如表 4 所示 . 假如回路 7 与前述的回路 5 实现的工用循环和驱动的负载 完全相同, 即负载压力 p1 和负载流量 Q 1 相同 . 为了对比回路 7 与回路 5 功率特性的优劣, 在 此也只分析 “工进”、“死挡铁停留”两工况的功率特性 .
有效 功率
Q 11
B1
面积
1
面积
面积
0P pB1Q 10
P1 p p B 1 1p 1
0P11Q 110
Q 12
B2
面积
2
面积
面积
0P pB2Q 120
P1 p p B 2 2p 1
0P12Q 120
Q 13
B3
面积
3
面积
面积
0P pB3Q 130
P1 p p B 3 3p 1
0P13Q 130
由上述分析看出, 泵输出流量 Q p 始终与负载流量 Q 11 相匹配, 即 Q 11= Q p, 负载压力 P 1 = P P - P 3.
图 3 三级调压回路
图 4 p—Q 特性曲线
2. 2 回路节能图解分析 当回路压力, 分别由压力阀 1, 2, 3 单独调定时, 回路的功率特性由表 2 所示 .
表 2 图 3 所示回路工 作状态表
阀4的 工 位
泵的工 作 点
回路压力
回路功率消耗
中 位
3
左 位
2
右 位
1
p1
面积 0Qp 3p 10
p2
工进工况, 回路 7 无溢流功率损失, 回路 5 有溢流功率损失 ( 面积 Q 1T B1 Qp Q1 ) .
死档铁停留工况, 回路 7 泵在工作点 C 远转, 中然压力较高, 但流量趋近 0 ( 只补偿泄
漏) , 从广义卸荷角度考虑, 相当于卸荷工况, 而回路 5 此时却处于能耗高峰阶段 .
5 流量匹配回路
泵的工作点
回路功率消耗
1
卸荷
2
面积 012QP 0
0
非卸荷
3
面积 0Q p3P p0
注: 表中 “1”、“0”, 分别表示电磁铁通电、断电
2 三级调压回路
2. 1 回路及其 P—Q 特性曲线 图 3 为由主溢流阀 1, 远程调压阀 2 及 3 所组成的三级调压回路 . 根据回路中各元件的特
性曲线[ 1] , 并设回路中的压力阀 1, 2, 3 的调定压力, 分别为 p 1 p 2, p 3 且 p 1> p 2> p 3 , 则该 回路的 P —Q 特性曲线如图 4 所示 .
Key words: hyeraulic systems; energy conservati on; ill ustrations; analysis
( 上接第 57 面)
The Develipment of a Friction Welding Machine for the Manufacture of the Bearing Pads of Exeavatores
表 3 所示 .
列挡铁停留和工进工况的回路效率 c 分别为
c=
回路 泵有 耗效 功功 率率=
面
积
0 0p r
B
2Qp
0
=
0
和
c=
面积 Q2 1p 2p 2Q 1Q 2 面积 0p p B 1Q p 0
96
工 况
工 进 死挡铁 停 留 工 况 死挡铁 停 留 工 进
沈阳工业大学学报
泵的工 作 点
表 3 图 5 所示回路工作状态表
参考文献 1、官 忠范 . 液 压系统图解分析 . 沈阳工业大学学报, 1991, 48, ( 2) : 27～34
第 2期
胡 庆等: 胀管机自动控制系统的研究
99
Drawing Analysis for Energysaving of hydraulic Circuits
L iu Shumin, Guan Zhongf an, L i X iao ( Dept . of M echanical Engineering , SPU ) Abstract T he pupo se of t his paper is t o discusse energy saving. Draw ing analy sis o n pow er characteristic o f a f ew basic hy draulic circuit s is imvest igat ed. Draw ing analy sis m ithod is present ed and used in t he paper. T his draw ing analysis m ithod, compared w it h convent ional analysis mit hod, is simple and ex plicit .
摘 要 以液压系统节能为出发点, 对液压传动系统中几种基本的液压回路的功率特性进行了图 解分析. 提出并采用的图解分析方法 比传统的解析分析法具有直观、简捷、物理概念清楚等特点.
关键词: 液压回路; 节能; 图解; 分析 中图法分类: T H 137. 1
0 前 言
近 20 年来, 全世界所耗费的能源与同期人口增长幅度相比, 几乎高出了两倍. 如设想在 本世纪末世界人口增到 60 亿左右, 则预计本世纪末能源耗费将上升到目前的两倍半左右. 届 时所需能源只能依靠开发新能源及节能来解决. 这就是说, 我们各行各业都面临一个如何节 省能源, 怎样才能减少能源耗费的重大课题.
5. 1 回路及其 Q—p 特性曲线 该回路由变量泵 1、恒流阀 2、节流阀 3 等组成, 如图 9 所示 . 图 10 是该回路的 Q- p 特
性曲线 .
图 9 流量匹配回路
图 10 Q- p 特性曲线
图 10 中 a1 , a2, a3 …节流阀 1 开度; Q 11, Q 12, Q 13…负载流量: p1 —负载压力; Pp —泵输出压力 .
第 18 卷 第 2 期 总第 68期
19 9 6年 6 月
沈阳工业大学学报 Jo ur nal of Shenyang
P olytechnic U niv ersity
V o l. 18 N o . 2 Sum N o. 68
Jun. 1 9 9 6
液压回路节能图解分析
刘树敏 官忠范 李 笑
( 机械工程系)
泵 耗 功 率 面 积 0p pB 1Qp 0 面 积 0p r B2Qp 0 方向阀功 率损失
0
面 积 p 3p pT 3p 3
备 注
不难看出, 在负载流量 Q 1 一定情况下, 欲提高 c, 应从以下几方面入手: ( 1) 降低 p 2; ( 2) 降低 p 3, 但 p 3 p 3’, 否则, 调速阀就不能实现稳速功能; ( 3) 降低 P p , 这可有效在减小相应的节流和溢流功率损失 .
3. 1 回路及 p—Q 特性曲线 图 5 为由溢流阀 1、背压阀 2、方向阀 3 调速阀 4 等组成的进口节流调速回路 . 它实现快
进→工进→死挡铁停留→快退→停止工作循环 .
图 5 进口节流调速回路
Q—p 特性曲线
由回路中各元件的特性曲线绘出的回路的 Q—p 特性曲线如图 6 所示 .
图中 p1—负载压力; p 2—背压阀 2 调定压力; p 2’—液压缸无杆腔出口压力;
节流阀压差 p= pp - p1= F/ A 0 = p3
98
沈阳工业大学学报
第 18 卷
式中 F —阀 2 的弹簧力; A 0—阀 2 阀芯的作用面积; p2—阀 2 的设定压力 . 5. 2 回路节能图解分析
回路的功率特性如表 5 所示 .
表5
工 况
泵的工 作 点
泵耗 功率
节流阀 工作点
节流阀 耗功率
液压传动具有许多优越的性能而被广泛的使用着, 但自身也存在着传动效率不如机械传 动高的缺点, 提高液压传动系统的效率, 自然是液压技术工作者的一个不可回避的课题. 提 高液压传动系统的效率主要途径是提高液压回路效率, 衡量一个液压回路的优劣, 除了能满 足系统所要求的功能外, 还应尽量减少压力、流量损失所造成的能量损失. 这就要求我们掌 握分析液压回路功率特性的方法. 以便有针对性的提高回路效率, 这就是本文的出发点.
L i Deyr an, Shao Chengj i
( Dept . o f Met el M aterial Engineering, SPU )
Abstract In this paper, t he w orking principle and perfo umance of a fr ict ion w dlding m achine is
6 结 论
通过对以上 5 种回路的节能图解分析, 可归纳出以下两点规律性结论 . ( 1) 液压回路由各种液压元件组成, 由于大多数元件的特性是非线性的, 因此利用数学 方法计算或分析液压回路的工作状态、特性往往是困难的繁锁的 . 本文利用元件特性曲线对 回路进行了能图解分析, 它的显著特点是直观 物理概念清楚 . 它不但能给出一个个元件的 工作状态点, 而且能够看出各种变化趋势, 这就可以通过图解对液压回路工作状态进行分析, 通过图解合理确定回路中各元件的工作点或调节方向 . ( 2) 图解分析应掌握的要点 1) 熟悉掌握根据实验得出的各液压元件的特性曲线; 2) 根据元件特性曲线并掌握运用下述一些规则绘出回路特性曲线 . 应遵循的规则是: 当回路中各元件是串联时, 通过各元件的流量相等, 压力降应相互叠加; 当回路中各元 件是分支并联时, 通过分支路节点的流量是各支路流量的和, 而各支路的压力降相等; 当回 路中各元件为串、并联时, 则应根据上述的串、并联情况, 进行流量、压力降相应叠加 . 3) 在已绘出的回路的特性曲线上, 确定各元件的工作点及状态参数 . 4) 根据分析目标, 进行有针对性的图解分析 . 比如: 回路工作状态, 回路效率, 回路调 节参数、范围的确定和评价等 .
面积 0Qp 2p 20
p3
面积 0Q p1p30
第 2期
胡 庆等: 胀管机自动控制系统的研究
95
假如回路不采用三级调压回路, 这时回路只能按回路所需最大压力 p 1 来设定, 则当回路 在所需压力低于 p1 的其它工况工作时, 其节能效果不难由图 4 直观看出, 这里不再赘述 .
3 节流调速回路