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单相交流液压系统设计及特性分析

来源期刊:中南大学学报(自然科学版)2010年第4期

论文作者:丁问司 巫辉燕 陈丽娜 熊勇刚

文章页码:1348 - 1353

关键词:交流液压;振动特性;效率

Key words:pulsating flow hydraulic; vibration characteristic; efficiency

摘    要:对管道中液体脉动特性进行研究,获得管路谐振频率、管路传递矩阵、负载特性、系统传动效率等主要参数的计算表达式。据此对新设计的交流液压实验台各参数进行计算。研究结果表明:这些参数的计算值与实测值相近,且变化趋势相同;管道特性和负载特性决定着单相交流液压系统的振动特性及传动效率;优化系统负载特性是交流液压系统设计的关键。该研究结果可为同类型单相交流液压机械的设计提供理论依据。

Abstract: The computational expressions of major parameter such as resonance frequency of pipeline, transfer matrix of pipe, load characteristic and transmission efficiency of the system were obtained by studying the characteristics of fluid pulsation in pipeline. According to new designed pulsating flow hydraulic experiment table, a series of parameters were calculated. The results show that the simulation results of these parameters and computed results are respectively approximate and they have the same varying trend. The vibration characteristic and transmission efficiency of single-phase pulsating flow hydraulic system are decided by the characteristic of pipe and load. Optimum load characteristic is the key to design a pulsating flow hydraulic system. The research results can provide theoretical basis for the design of the similar single-phase pulsating flow hydraulic machinery.



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单相交流液压系统设计及特性分析

丁问司1,巫辉燕1,陈丽娜1,熊勇刚2

(1. 华南理工大学 机械与汽车工程学院,广东 广州,510641;

2. 湖南工业大学 机械系,湖南 株洲,412008)

摘  要:对管道中液体脉动特性进行研究,获得管路谐振频率、管路传递矩阵、负载特性、系统传动效率等主要参数的计算表达式。据此对新设计的交流液压实验台各参数进行计算。研究结果表明:这些参数的计算值与实测值相近,且变化趋势相同;管道特性和负载特性决定着单相交流液压系统的振动特性及传动效率;优化系统负载特性是交流液压系统设计的关键。该研究结果可为同类型单相交流液压机械的设计提供理论依据。

关键词:交流液压;振动特性;效率

中图分类号:TH137.51          文献标志码:A         文章编号:1672-7207(2010)04-1348-06

Design and characteristic analysis of single-phase pulsating flow
 hydraulic system

DING Wen-si1, WU Hui-yan1, CHEN Li-na1, XIONG Yong-gang2

(1. College of Mechanical and Automotive Engineering, South China University of Technology,
Guangzhou 510641, China;

2. Department of Mechanical Engineering, Hunan University of Technology, Zhuzhou 412008, China)

Abstract: The computational expressions of major parameter such as resonance frequency of pipeline, transfer matrix of pipe, load characteristic and transmission efficiency of the system were obtained by studying the characteristics of fluid pulsation in pipeline. According to new designed pulsating flow hydraulic experiment table, a series of parameters were calculated. The results show that the simulation results of these parameters and computed results are respectively approximate and they have the same varying trend. The vibration characteristic and transmission efficiency of single-phase pulsating flow hydraulic system are decided by the characteristic of pipe and load. Optimum load characteristic is the key to design a pulsating flow hydraulic system. The research results can provide theoretical basis for the design of the similar single-phase pulsating flow hydraulic machinery.

Key words: pulsating flow hydraulic; vibration characteristic; efficiency

                                     

在常规液压系统中,油液从液压泵流出,经管道、控制阀到执行机构最终回到油箱。系统中油液只按固定的流向流动称为直流液压系统。与之对应的是,某些特殊液压系统中液体在液压管道中往复流动,或者液压管道中的液体根本不流动,只是压力进行交变,这样的系统称为交流液压系统。交流液压系统利用液压管道中液体的波动流量或波动压力传递功率或信号。交流液压系统按照工作原理可分为流量脉动液压系统(也称交流液压系统)和压力脉动液压系统(也称交压液压系统)。以流量脉动工作的交流液压系统根据能源输入方式可分为恒流源系统和恒压源系统。据交流振动的液压管路数量可以将交流液压系统分为单相系统、双相系统、三相系统乃至多相系统[1]。在矿山、建筑、农业、交通等工程施工中,为了实现高频、大功率、大推力的振动输出,常常采用交流液压系统,如振动式压路机、液压锤、液压打桩机、液压凿岩机、割草机、平地机等。

1  单相流量脉动交流液压基本原理

图1所示为单相流量脉动交流液压系统的工作原理图,其中:ω为偏心轮角速度;x0为输入活塞行程;x为输入活塞位移;t为运动时间。当偏心轮以角速度ω旋转时,输入活塞作正弦运动,推动液压传输管道中的全部液体相对其平恒位置作往复振动,同时,把功率传递到输出活塞,输出活塞带动负荷振动而做功。

1—偏心轮;2—输入活塞;3—传输管道;4—输出活塞;
5—回程弹簧;6—负载

图1  单相交流液压原理

Fig.1  Principle of single-phase pulsating flow hydraulic

单相交流液压系统中回程弹簧的形式可根据实际工程机具的特定功能要求进行设置,如可设置为机械式弹簧、液体弹簧、气体弹簧等形式[2]

2  单相交流液压工作系统

为对单相交流液压系统的工作特性进行全面研究,建立如图2所示试验系统。

在交流液压试验系统中,偏心飞轮15和曲柄连杆14组成交流液压发生器,其产生的交流脉动液体进入振动液压缸6的左腔,振动液压缸的右腔与低压蓄能器7相接;当活塞向右运动时,右腔液体进入低压蓄能器7;当活塞向左运动时,由低压蓄能器7释放能量,使活塞快速回程。

交流发生器由调速电机1驱动,改变其转速可调节交流液压发生器的频率,改变曲柄飞轮的偏心可调节输出振幅。

为解决泄漏和交流管道发热量大等问题,系统中设置1个由补油泵12、换向阀10、补油蓄能器4和压力继电器2组成的低功率补油系统,其作用是定时更换交变腔里不循环流动的工作油液,并为高压蓄能器补油充压。

当高压蓄能器压力低于压力继电器调定值时,压力继电器发出信号使电磁换向阀右位工作并启动液压泵为蓄能器充压,到达设定值后自动断开。

1—调速电机;2—压力继电器;3—截止阀;4—高压蓄能器;5—阻偏阀;6—振动液压缸;7—低压蓄能器;8—背压阀;9—负载;10—换向阀;11—溢流阀;12—补油泵;13—交流发生器;14—曲柄连杆;15—偏心飞轮

图2  单相交流液压试验系统

Fig.2  Testing system of single-phase pulsating flow hydraulic

在交流液压系统中,由于管道中液体泄漏会使输出活塞的平衡位置向左偏移,破坏活塞平衡位置,而使输出功率降低并改变负载特性,因此,回路中设置了1个阻止活塞偏移的阀,如图3所示。当活塞平衡位置向左偏移时,活塞顶端就打开阻偏阀,从高压蓄能器流出的液体经过阻偏阀进入振动液压缸左腔,从而阻止活塞继续偏移。

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