【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 要求和一些在進(jìn)行液壓系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)之前所應(yīng)確定的參數(shù) 。進(jìn)行一項(xiàng)設(shè)計(jì)，我們首先最基 本的要滿足規(guī)定的任務(wù)要求，其次我們的研究要有章可循，那么在進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)之前我們應(yīng)該先確定一下與設(shè)計(jì)緊密相關(guān)的總體參數(shù)，便于為后續(xù)設(shè)計(jì)提供一個(gè)參照或是標(biāo)準(zhǔn)。 課題要求的參數(shù) 根據(jù)本課題的需要，所涉及的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)如下： （ 1） 汽車的載重量一般在 10t 以上； （ 2） 已達(dá)到汽車的翻轉(zhuǎn)速度是 3m/min（ ）以上； （ 3） 液壓缸的同步精度應(yīng)達(dá)到 %以上。 鑒于以上參數(shù)要求，借助于相關(guān)書(shū)籍，我又確定一些與詳細(xì)設(shè)計(jì)相關(guān)的參數(shù)。 其它參數(shù)設(shè)定 首先，我們應(yīng)選擇一個(gè)現(xiàn)有車型作 為一個(gè)參考。經(jīng)過(guò)查閱《中國(guó)汽車車型手冊(cè)》（中國(guó)汽車工業(yè)總公司、中國(guó)汽車技術(shù)研究中心編；山東科學(xué)技術(shù)出版社；1993 年 7月），選擇其中一款車型作為標(biāo)準(zhǔn)，其具體參數(shù)如下： （ 1）型號(hào)：北方奔馳重型自卸車 ND3312D35J； （ 2）部分詳細(xì)參數(shù)： 1額定載重 15970（ kg）（考慮車廂自重和方便計(jì)算，將 重量調(diào)為 17t）； 2貨箱尺寸 7200x2300x1100（ mm） 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè)（設(shè) 計(jì)） 論 文 7 3舉升角 70176。（注：參考車型使用的是復(fù)合缸，本課題使用的是 二級(jí)液壓缸，力臂受限，初步將舉升角調(diào)為 50176。（一般自 卸貨車車廂的舉升角在 45176。65176。之間））。 因此 ,最終選擇的是液壓缸應(yīng)頂起尺寸為 7200x2300x1100(mm）、重達(dá) 17t的車廂，并且要頂起的舉升角是 50176。 為了保證整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的順利進(jìn)行，必須先進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)步驟安排，具體內(nèi)容如下： （ 1） 確定液壓缸的類型，為了考慮問(wèn)題的簡(jiǎn)便性，選擇雙級(jí)液壓缸，且使我們常見(jiàn)的單活塞雙作用液壓缸； （ 2） 完成液壓缸在車廂底部鉸接位置的優(yōu)化，因?yàn)椴煌奈恢脤Q定液壓缸的受力情況，竟而決定了液壓缸的型號(hào)； （ 3） 根據(jù)選定的液壓缸無(wú)桿腔內(nèi)的壓強(qiáng)和流量，確定液壓泵的 類型和參數(shù)； （ 4） 根據(jù)選定的液壓缸無(wú)桿腔內(nèi)的壓強(qiáng)和流量，確定電磁方向控制閥、電磁比例調(diào)速閥的類型和參數(shù)； （ 5） 用 MATLAB 軟件設(shè)計(jì)整個(gè)液壓系統(tǒng)的控制模型，選擇合理的控制方式，并進(jìn)行模型相關(guān)參數(shù)的修改； （ 6） 將控制模型轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，求出相應(yīng)的傳遞函數(shù)； （ 7） 在 MATLAB 環(huán)境下，對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，看是否與所要求的相符合。 4 液壓缸的選擇 液壓缸選擇概述 在液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，液壓缸的設(shè)計(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的起點(diǎn)，也是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因?yàn)橐簤焊紫喈?dāng)于執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它能否按預(yù)先的規(guī)定完成運(yùn)動(dòng)是整 個(gè)設(shè)計(jì)的目的。 對(duì)于液壓缸的設(shè)計(jì)，類型選擇的是單活塞雙作用液壓缸，其參數(shù)的確定，這里采用的是迭代法。具體步驟如下： （ 1） 根據(jù)所要頂起重物的質(zhì)量，先按估算選一個(gè)適當(dāng)?shù)囊簤焊仔吞?hào)進(jìn)行后續(xù)計(jì)算； （ 2） 利用相關(guān)的液壓缸鉸接位置點(diǎn)優(yōu)化算法，確定液壓缸在車廂底部的位置； （ 3）對(duì)于已經(jīng)確定車廂底部位置的液壓缸，計(jì)算出每個(gè)缸的實(shí)際受力大小，看所得到的受力情況是否符合液壓缸的規(guī)定的受力范圍。若是實(shí)際受力大于該型液壓缸規(guī)定的受力，那么就表明不符合要求，根據(jù)它們之間的差值繼續(xù)選擇適當(dāng)?shù)囊簤焊仔吞?hào)重復(fù)上述步驟的計(jì)算；若是實(shí)際受力小雨液 壓缸規(guī)定的受力， 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè)（設(shè) 計(jì)） 論 文 8 那就表明所選用的液壓缸符合要求，可以選用。 液壓缸鉸接位置點(diǎn)的優(yōu)化與型號(hào)的確定 傳統(tǒng)的確定自卸汽車液壓舉升機(jī)構(gòu)鉸支點(diǎn)位置的方法是根據(jù)整車的結(jié)構(gòu)參數(shù)先初定鉸支點(diǎn)的位置，再按此位置選擇合適的油缸，最后用作圖法求出各鉸接點(diǎn)的位置。這種方法雖然能用，但費(fèi)力，隨意性大，大多數(shù)情況下僅滿足要求，未能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，特別是最初開(kāi)始舉升時(shí)，阻力最大，導(dǎo)致液壓系統(tǒng)油壓偏高，影響使用壽命；且能耗大，不經(jīng)濟(jì)。這里是運(yùn)用幾何模型、數(shù)學(xué)推導(dǎo)和 Excel 進(jìn)行一系列優(yōu)化處理的方法，得出理想的鉸接點(diǎn)位置。 幾何模型的建立和數(shù)學(xué)推導(dǎo) 如右圖 6所示， O點(diǎn)是貨車車廂后端與車架縱梁的鉸接點(diǎn)， A點(diǎn)是液壓缸與車架的鉸接點(diǎn)， B點(diǎn)是液壓缸活塞端部與車廂底部的鉸接點(diǎn)， B1點(diǎn)是 A 鉸接點(diǎn)對(duì)應(yīng)的在垂直方向上的與車廂底部的交點(diǎn)， B2點(diǎn)是車廂舉升到最大位置處（最大舉升角為 50176。）時(shí)，活塞端部與車廂底部的鉸接點(diǎn)， OC 是車廂的長(zhǎng)度尺寸（ 7200mm）。 AB 是液壓缸沒(méi)有伸出時(shí)的原長(zhǎng)， AB2 是液壓缸伸出最長(zhǎng)時(shí)的長(zhǎng)度，當(dāng)然這是由所選用的油缸規(guī)格決定的。在進(jìn)行問(wèn)題研究時(shí)，我們只知道上述已知量的情況下，我們可以在 OAB? 和 圖 6 2OAB? 中運(yùn)用數(shù)學(xué)相關(guān)知識(shí)求的 A、 B點(diǎn)的位置。首先，利用余弦定理，在 OAB?中： A O BC O SOBOAOBOAAB ?????? 2222 經(jīng)換算得 212222 )( ABOAA O BCO SOAA O BCO SOAOB ???????? (1) 因?yàn)?A 點(diǎn)是沿下底邊移動(dòng)的，現(xiàn)在假設(shè) A點(diǎn)由 M點(diǎn)移動(dòng)到下底邊的最遠(yuǎn)點(diǎn)，每一點(diǎn)就會(huì)相對(duì)應(yīng)一個(gè) |OA|，現(xiàn)在可以每隔 50mm 取一個(gè)值， M 點(diǎn)是 A的起點(diǎn)，每一個(gè) A點(diǎn)又對(duì)應(yīng)著一個(gè) AOB? ,當(dāng)然 |AB|是已知的，這樣就可以算出相對(duì)應(yīng)的?OB 和 ?OB 。當(dāng) ?OB OA時(shí)，取 ?OB ，其余取 ?OB 。由圖形可知， ?OB 中的 ?B是 B點(diǎn)本身， ?OB 中的 ?B 是 B1 點(diǎn)。在 2AOB? 中： 2122222 ))50(2( ???????? A O BCO SOBOAOBOAAB (2) 因?yàn)?|AB|的長(zhǎng)度不變，那么每個(gè) A 點(diǎn)對(duì)應(yīng)著一個(gè) B點(diǎn)， |||| 2 OBOB ? ,這樣我們就可以算出與之相對(duì)應(yīng)的 || 2AB 的長(zhǎng)度。 當(dāng)然上述的計(jì)算過(guò)程都是由 EXCEL 里完成的。最終在求得的 || 2AB 中，看 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè)（設(shè) 計(jì)） 論 文 9 哪個(gè)與我們選擇的液壓缸最大長(zhǎng)度近似，那一組數(shù)據(jù)就是我們所要的最優(yōu)化的數(shù)據(jù)。 液壓缸參數(shù)的確定 經(jīng) Excel 優(yōu)化的值，就相當(dāng)于確定了液壓缸在車廂底部的位置，此時(shí)我們就可以利用整個(gè)車廂受力平衡理論來(lái)計(jì)算。首先，設(shè)一個(gè)理想模型 ，假設(shè)貨車所拉的貨物在車廂上是均勻分布的，其分布密度為 q，液壓缸初始位置與車廂的角度是α，因?yàn)閺睦碚撋戏治?，液壓缸從靜止 圖 7 狀態(tài)開(kāi)始舉升時(shí)，其阻力矩是最大的，以后是逐漸減小的，同時(shí)在舉升過(guò)程中如果逐步卸貨，其阻力矩減小的更快。所以在研究時(shí)，只要液壓缸在舉升初始時(shí)滿足要求，那么也能滿足舉升過(guò)程中的要求。 如圖 7 所示，對(duì)沿 O 點(diǎn)的力矩計(jì)算： ||||21|| OCFOAOAq ???? 。 （ 3） 其中 ?sin|||| ?? OBOC ； GOAq ?? || 所以可以求得 F 值，因?yàn)橐簤焊椎膫€(gè)數(shù)是 3，在理想情況下，認(rèn)為 3個(gè)缸是均布受力的，所以每個(gè)缸要承受的力是 F/ F/3 是否大于所選定的液壓缸的最大許用力。若是大于，就說(shuō)明不符合；若是小于，說(shuō)明可以使用。 液壓缸各參數(shù)的確定 經(jīng)過(guò)迭代計(jì)算和 excel 優(yōu)化，其詳細(xì)步驟 見(jiàn)附錄 1，最終確定液壓缸的型號(hào)： C25ZBN2SSI 200/125 530GⅢ 。其具體表達(dá)意義如下： C差動(dòng)缸； 25最大工作壓力為 25Mpa； ZB中部擺軸式； N帶內(nèi)置式位移傳感器； 2內(nèi)置式位移傳感器編號(hào)； SSI內(nèi)置式位移傳感器輸出代號(hào)； 200缸徑（ mm）； 125桿徑（ mm）； 530行程（ mm）； G英制標(biāo)準(zhǔn)（圓柱管螺紋）； Ⅲ DIN 加強(qiáng)螺紋； （ mm） 其部分重要尺寸參數(shù)： 缸徑 D=200mm；桿徑 d=125mm； a20MPP ?使用 ； 最大許用推力 KNF ? 。最大許用拉力 KNF ? 。 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè)（設(shè) 計(jì)） 論 文 10 根據(jù)行程優(yōu)化系列表格，選取優(yōu)化行程 s=530mm； mmSL 5401 ?? ； 液壓缸最短行程： 2 116 ???????? SLmm。 液壓缸最長(zhǎng)行程： 23 116 ???????? SLmm； 其他部分相關(guān)參數(shù)如下表 1： 最大工作壓強(qiáng) P/MPa 25（礦物油） 液壓缸全長(zhǎng)公差 /mm 靜態(tài)試驗(yàn)壓力 Ps/MPa (礦物油 ) 裝配長(zhǎng)度 =固定長(zhǎng)度 +行程 允許偏差 適用介質(zhì) 礦物油、其他介質(zhì) 0500 ? 工作溫度 /176。 C 2080 5011250 2? 介質(zhì)黏度 / smm/2 運(yùn)動(dòng)黏度 12513150 3? 最高運(yùn)行速度 m/s 31518000 5? 表 1 根據(jù)其已知參數(shù)，代入到上述數(shù)學(xué)模型所得到的方程的解： KNFABABmmBBOBOBmmBBmmOB。 i n。180211111????????? 上面求解的液壓缸的各項(xiàng)參數(shù)皆符合本課題預(yù)先設(shè)計(jì)的要求。 首先，考慮液壓缸所承受的負(fù)載，其應(yīng)包括慣性負(fù)載、工作負(fù)載、摩擦負(fù)載。當(dāng)然因?yàn)楣ぷ髫?fù)載遠(yuǎn)大于慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載，所以慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載可以忽略不計(jì)?？芍? 每個(gè)缸的負(fù)載 =工作負(fù)載 =F/3=。 其次，液壓缸所承受的壓強(qiáng)： M P aSFP 3 ???????； 無(wú)桿腔的流量： m i n/??????? ?。 5 液壓泵的選擇 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè)（設(shè) 計(jì)） 論 文 11 液壓泵選擇概述 在進(jìn)行液壓缸的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)計(jì)之后，就可以根據(jù)液壓缸無(wú)桿腔的壓強(qiáng)及其流量來(lái)選用合適的液壓泵元件。液壓泵的設(shè)計(jì)對(duì)保證整個(gè)液壓系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)起著重要的作用。它是液壓系統(tǒng)的能源元件，能夠?qū)⒃瓌?dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為油液的壓力能，向系統(tǒng)提供具有一定壓力的流量。液壓泵都是容積式的，即依靠泵內(nèi)密封容積的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)吸油和壓油。 總之，正確合理地選擇液壓泵是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。 液壓泵類型的確定 要選擇合理的液壓泵，首先應(yīng)該選擇一個(gè)合理的型號(hào)，應(yīng)選用能適應(yīng)執(zhí)行元件所要求的壓力發(fā)生回路的泵，同時(shí)應(yīng)充分考慮其可靠性、壽命、維護(hù)性等以便所選的泵能夠長(zhǎng)期運(yùn)行。選擇液壓泵時(shí)要考慮的因素有結(jié)構(gòu)型式、工作壓力、流量、轉(zhuǎn)速、效率（容積效率和總效率）、定量或變量、變量方式、壽命、原動(dòng)機(jī)的種類、噪聲、壓力脈動(dòng)率、自吸能力等，還要考慮與液壓油的相容性、尺寸、重量、經(jīng)濟(jì)性、維修性。經(jīng)過(guò)查閱相關(guān)書(shū)籍，可知液壓泵詳細(xì)的選擇原則： （ 1） 根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力 來(lái)選擇泵的壓力。車輛用泵可選擇為泵額定壓力的 50%60%，以保證泵有足夠的使用壽命。若系統(tǒng)壓力為低壓狀態(tài)（ ）時(shí) ,一般選用齒輪泵；在中壓（ ）狀態(tài)時(shí)，可選用中壓葉片泵及齒輪泵；在中高壓（ 816MPa）時(shí)，一般選用高壓葉片泵及柱塞泵；當(dāng)壓力大于 32MPa 時(shí)，一般選用柱塞泵； （ 2） 液壓泵的轉(zhuǎn)速隨主機(jī)條件而定：其中工程機(jī)械、起重機(jī)械、運(yùn)輸機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械等，則多用內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)速為 15002500r/min，系統(tǒng)可用油門或液壓調(diào)速； （ 3） 噪聲：對(duì)于車輛用泵，噪聲要求可以放寬一些； （ 4） 自吸性 能：定量泵自吸能力較好，變量泵自吸能力差 。 （ 5） 還有污染、節(jié)能、壽命、介質(zhì)、價(jià)格、安裝維修、外形尺寸及質(zhì)量方面的要求，在此可以不予考慮； （ 6） 各類型液壓泵的應(yīng)用范圍： 1）齒輪泵：機(jī)床、工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、航空、船舶、一般機(jī)械等； 2）葉片泵：機(jī)床、注塑機(jī)、液壓機(jī)、起重運(yùn)輸機(jī)械、工程機(jī)械、飛機(jī)制造等； 3）螺柱泵：精密機(jī)床及精密機(jī)械、食品加工、石油紡織類機(jī)械等； 4）柱塞泵：工程機(jī)械、鍛壓機(jī)械、礦山機(jī)械、冶金機(jī)械、船舶、飛機(jī)制造等。 經(jīng)過(guò)以上敘述與分析，結(jié)合上面所求的液壓缸的 壓強(qiáng) P=（屬于中高壓），暫確定選用葉片泵或是柱塞泵。但是葉片泵和柱塞泵都各自有自己的優(yōu)缺點(diǎn)與應(yīng)用范圍，我們可以根據(jù)它們的區(qū)別來(lái)決定究竟選用哪種類型的泵。葉 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè)（設(shè) 計(jì)） 論 文 12 片泵與柱塞泵的區(qū)別具體如表 2所示： 葉片泵 柱塞泵 單作用 雙作用 軸向 徑向式 閥配油 斜盤式 斜軸式 壓力范圍/MPa 低壓型 中高壓型