【文章內容簡介】 高度(包括越程):4757mm圖29 液壓缸整體外形尺寸 液壓缸的密封液壓缸依靠密封油液容積的變化傳遞動力和速度，液壓油在系統(tǒng)及元件的容腔內流動或暫存時，由于壓力、間隙、粘度等因素的變化，而導致少量工作介質越過容腔邊界，由高壓腔向低壓腔或外界流出，造成泄漏。密封元件可以防止液壓缸的泄漏及外界塵埃和異物的侵入。密封裝置的優(yōu)劣將直接影響液壓缸的工作性能。密封不好的液壓缸，不僅會污染環(huán)境、降低容積效率、增加功率損失，有時還會影響液壓缸的正常工作。液壓缸密封件選用取決于壓力、速度、溫度和工作介質等因素。密封件的合理選用對液壓缸有很重要的意義。密封效果決定了液壓缸的容積效率。密封摩擦力的大小，決定了液壓缸的機械效率。密封材料的耐熱性能，影響液壓缸的工作溫度。液壓缸的工作速度，也受密封件的限制。密封件的材料和系統(tǒng)采用的工作介質要有相容性。動密封件的摩擦阻力要小，即摩擦系數(shù)要小而穩(wěn)定，特別是靜、動摩擦系數(shù)差值要小。密封件的耐磨性要好，磨損后應有一定程度的自動補償，制造簡單、裝拆方便、成本低廉。對于活塞的密封，活塞的密封選用K03組合式孔用密封圈，它是由一個密封環(huán)、兩個擋環(huán)和兩個導向環(huán)組成的五件套組合式密封[17]。其最高工作壓力為4OMPa，溫度30100。對于活塞桿的密封，活塞桿與端蓋處的密封采用MA39雙唇軸用Y形圈，該Y形圈帶小于45176。切角，且雙唇是非對稱的，用于活塞桿的密封，其中一個密封唇用于支持活塞桿向上的密封作用并在其向下運動時除去保留在接觸空氣一側的灰塵污物。材料為聚氨酷AU92，最高工作壓力可達40MPa，溫度401O0。 泵和電機的選擇 泵排量的計算排量為液壓泵主軸旋轉一周所排出的液體體積，，又因為（其中為各級活塞桿的相對速度），那么可以知道。綜合考慮液壓缸的結構，第三級液壓缸的流量為有效負載流量：采用液壓泵的轉速為1500r/min，采用液壓泵的型號為GR608M600。 電機的選擇在設計液壓缸的活塞頭時，我們已計算過各級液壓缸的工作壓力，那么可以計算出各級液壓缸運動所需的理論功率[18]。由負載端計算：第一級活塞：第二級活塞：第三級活塞：所以可以知道驅動液壓泵需要選用的電動機。通過以上計算液壓泵站需要使用40kw電動機，GR608M 600液壓泵，流量集成閥。 液壓管路的設計管路在液壓系統(tǒng)中主要用來把各種元件及裝置連接起來傳輸能量，為保證系統(tǒng)工作可靠，管路及管接頭應有足夠的強度，良好的密封性，壓力損失要小，拆裝方便。管路按材料不同可分為無縫鋼管、耐油橡膠軟管、純銅管、尼龍管等幾種。本課題屬于高壓系統(tǒng)，應選用強度好、耐高壓、變形小、抗腐蝕性的無縫鋼管。 管路內徑的選擇管路內徑應與要求的通流相適應，管徑太小則流速將增高，這不僅使壓力損失降低，而且可能產(chǎn)生振動和噪聲；管徑過大，則難于彎曲和安裝，而且將使系統(tǒng)結構龐大，所以必須合理選擇管徑。導管內徑d，可根據(jù)導管通過的最大流量和允許的流速進行計算：查取資料可選?。? 壓力管流速：當壓力時，取，當時，取；當時，取 回油管路流速： 吸油管路流速：則依次可以計算各個管路的內徑： 泵出油口的管路內徑：取 回油口的管路內徑：取 吸油口的管路內徑：取 管道壁厚計算計算管道壁厚的方程式為：管道壁厚工作壓力管道內徑油管材料許用應力.，無縫鋼管的，n為安全系數(shù)，當時n=8，可知：泵出油口管道壁厚： 取回油口的管道壁厚： 取吸油口的管道壁厚： 取 油箱設計油箱在液壓系統(tǒng)中主要功用是儲存液壓系統(tǒng)所需的足夠油液，散發(fā)油液中的熱量，分離油液中氣體及沉淀污物，為系統(tǒng)提供元件的安裝位置，使液壓系統(tǒng)結構緊湊。油箱的容積是油箱設計時需要確定的主要參數(shù)。油箱體積大時散熱效果好，但用油多，成本高。油箱體積小時，占用空間少，成本降低，但散熱條件不足。在實際設計時，可用經(jīng)驗公式確定油箱的容積[19]。油箱容積經(jīng)驗公式：V—油箱的容積(L)。q—液壓泵的總額定流量(L/min)?！?jīng)驗系數(shù)。對低壓系統(tǒng)。對中壓系統(tǒng)。對中高壓或高壓大功率系統(tǒng)。本系統(tǒng)中取4min，其中,那么 取 過濾器的設計該液壓系統(tǒng)在回油路上設置過濾器，在系統(tǒng)油液流回油箱之前，過濾器將外界侵入系統(tǒng)的和系統(tǒng)內產(chǎn)生的污染物濾除，為系統(tǒng)提供清潔的油液。系統(tǒng)中過濾器需安裝在油箱頂部，過濾器公稱流量為650800L/min，過濾精度20，通徑50mm。 閥的選擇 單向閥的選擇普通單向閥在液壓系統(tǒng)中的作用是只允許液流沿著管道一個方向通過，另一個方向的流動則被截止。在本系統(tǒng)中要求單向閥的通流能力滿足以上，那么可以采用上海液壓件廠的A型單向閥[20]，壓力范圍，公稱通徑為50mm，額定流量為。 電磁溢流閥電磁溢流閥由小規(guī)格電磁換向閥與溢流閥符合而形成，它具有溢流閥的全部作用且可通過電磁閥的通斷電來控制，實現(xiàn)液壓系統(tǒng)的卸荷或多級壓力控制?？梢赃x用上海立新液壓件廠引進樂力士系列DBW電磁溢流閥[17]，壓力范圍：，公稱通徑為32mm，額定流量為。 節(jié)流閥節(jié)流閥是通過改變節(jié)流閥的截面或節(jié)流長度以控制流體流量的閥門，本系統(tǒng)對節(jié)流閥的性能要求有：流量調節(jié)范圍打，流量壓差變化平穩(wěn)；內泄露量小，過有外泄油口，外泄量也要??；調節(jié)力矩小，動作靈敏。系統(tǒng)中的比例流量閥采用先導式比例流量閥，采用型號為RPCE3型先導式比例流量閥。 本章小結本章主要對液壓電梯的液壓系統(tǒng)進行了設計，先根據(jù)實際的情況確定電梯的背景和工作情況，然后根據(jù)具體要求確定其液壓系統(tǒng)原理圖。其次根據(jù)設計要求確定其工作參數(shù)，包括負載、行程、運行速度等，并計算出液壓系統(tǒng)的工作壓力，再根據(jù)工作情況，確定液壓缸形式為同步伸縮缸，參照實際液壓電梯的型譜圖來計算缸的基本參數(shù)。確定液壓缸的流量后，可以根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和流量確定液壓泵的排量和液壓缸的各級功率，然后可以確定液壓泵的型號和驅動電機的額定功率。最后依次對系統(tǒng)的管路、過濾器、各種閥進行設計計算，獲得相關參數(shù)后即可確定各種液壓元件的材料，并根據(jù)市場的情況選用合適的液壓產(chǎn)品。第3章 電梯液壓系統(tǒng)模型的建立在完成液壓系統(tǒng)初步設計和液壓元件初步選擇之后，需要對液壓系統(tǒng)進行動態(tài)分析。首先要根據(jù)具體工況進行分析，并建立系統(tǒng)的數(shù)學模型，然后對模型進行求解來分析系統(tǒng)動態(tài)特性和預測系統(tǒng)動態(tài)響應。本章主要內容是建立液壓電梯液壓系統(tǒng)的數(shù)學模型。建立液壓系統(tǒng)模型的目的是為了便于用軟件進行數(shù)字仿真，通過仿真研究了解液壓系統(tǒng)的動態(tài)性能，為改進和完善系統(tǒng)性能提供必要的理論依據(jù)。而建立一個較精確的描述液壓系統(tǒng)動態(tài)性能的數(shù)學模型又是仿真的前提和關鍵，是為了提高動態(tài)仿真結果的準確程度。所以在建立系統(tǒng)數(shù)學模型時應符合準確、簡明、適應的原則[21]。要建立一個液壓大系統(tǒng)模型應首先對液壓系統(tǒng)進行分析，根據(jù)液壓元件在系統(tǒng)中的功能和作用建立液壓元件(子系統(tǒng))模型，或采用現(xiàn)有的模型形式。其次對液壓系統(tǒng)進行拓撲結構分析，將液壓大系統(tǒng)簡化或抽象化，建立節(jié)點的拓撲約束方程和邊界約束方程。然后根據(jù)液壓系統(tǒng)拓撲結構和系統(tǒng)節(jié)點特征將液壓元件子系統(tǒng)模型組合成液壓大系統(tǒng)的數(shù)學模型。分析液壓系統(tǒng)的拓撲結構就是分析系統(tǒng)中組織液壓元件模型的方式。將液壓大系統(tǒng)的功能及組成進行簡化和抽象化，以利于由子模型方便而迅速的構成大系統(tǒng)模型。在構成液壓大系統(tǒng)模型時采用的是拓撲技術，拓撲技術是指建模過程中將大系統(tǒng)分割成子系統(tǒng)進行建模，并利用子系統(tǒng)模型組成大系統(tǒng)的技術[35]。在利用拓撲技術進行系統(tǒng)的建模時，可以更方便的對整個系統(tǒng)模型進行分析和調整，減少了系統(tǒng)分析的時間，提高了工作效率。本文中要建立液壓電梯的液壓系統(tǒng)的模型，首先要根據(jù)具體工作情況建立整個系統(tǒng)的拓撲結構模型，電梯的運行分為電梯上行和下行兩個階段具體分析，并建立相應的拓撲結構，然后分別對每一個元件進行分析建模，在得到拓撲結構中每個元件的數(shù)學模型后，再結合拓撲結構圖總結得到整個工作系統(tǒng)的數(shù)學模型。根據(jù)分析我們可以得到這個液壓系統(tǒng)的拓撲結構如下如圖31：圖31 電梯液壓系統(tǒng)的拓撲結構圖圖中符號意義如下:—液壓泵；—手動節(jié)流閥，可看成一個液阻元件?！缌鏖y，二通口元件?！壤髁块y，由減壓閥和節(jié)流閥組合而成，用于調速?！獑蜗蜷y，開啟后為一個液阻元件。、—比例節(jié)流閥，單向通流，與單向閥組成液壓橋。、—電控單向閥，無電信號輸入時為一個普通單向閥，有電信號輸入，反向通流。、—三級同步液壓缸?！到y(tǒng)與油箱連接節(jié)點。、—液壓缸邊界點，與外界機械聯(lián)結。、—系統(tǒng)內三通口節(jié)點。電梯上行的時候，電機拖動液壓泵正常供油，調節(jié)比例流量閥進行旁路節(jié)流調速，來控制電梯啟動上行的速度，使得電梯轎廂進行勻加速運動，保證電梯運行平穩(wěn)。電梯上行時，電磁溢流閥失電，溢流閥不溢流。手動節(jié)流閥在電梯試驗運行時用來調整雙缸液壓管路的沿程壓力損失，在電梯正常工作時，手動節(jié)流閥相當于通流管路。那么，可以得到電梯上行液壓系統(tǒng)的拓撲結構如圖：圖32 電梯液壓系統(tǒng)的上行拓撲結構圖根據(jù)系統(tǒng)的拓撲結構，我們可以依次建立各個子系統(tǒng)的數(shù)學模型。 泵的數(shù)學模型用液壓泵的型號為GR608M 600，轉速為1500r/min，油泵的模型簡圖如下圖31所示，設進口油壓為，出油口的壓力，考慮到油液的泄露量和可壓縮性，可以建立如下的子模型[33]：其中：—液壓泵的實際流量?！簤罕玫睦碚摿髁俊！簤罕玫囊簩?。—液壓泵的出口容積。—油液體積彈性模量。泵的液導取經(jīng)驗值為：泵出口容積為：油液的彈性模量?。喝∵M口壓力為：將以上參數(shù)代入模型中，可以得到如下方程： 單向閥的數(shù)學模型在液壓系統(tǒng)中，忽略單向閥開啟動態(tài)特性，單向閥一打開，其作用就相當于一個液阻元件，將單向閥的液阻簡化成線性液阻，其模型形式(流量方程)為:式中：—通過單向閥的流量 —單向閥液阻， —單向閥進口壓力 —單向閥出口壓力則單向閥流量方程為： 比例流量閥的數(shù)學模型比例流量閥是由定差減壓閥和節(jié)流閥串聯(lián)而成的組合閥。由于節(jié)流閥的剛性差，在節(jié)流開口一定的條件下通過它的工作流量受工作負載變化的影響，不能保持執(zhí)行元件運動速度的穩(wěn)定，因此僅適用于負載變化不大和速度穩(wěn)定性要求不高的場合。由于工作負載的變化很難避免，在對執(zhí)行元件速度穩(wěn)定性要求較高的場合，需要采用比例流量閥來進行節(jié)流調速。而比例流量閥是由定差減壓閥在負載變化時，對節(jié)流閥進行壓力補償，使節(jié)流閥前后壓力差在負載變化時保持不變[24]。比例流量閥可以看成是減壓閥和節(jié)流閥組合而成，那么其模型也可分開看。定差減壓閥的模型如下：式中：—通過減壓閥的流量 —定差減壓閥的節(jié)流閥口流量系數(shù) —定差減壓閥通流面積，為減壓閥的通徑 —液體密度，此處取 、—減壓閥的進出口壓力那么，可以得到模型：節(jié)流閥模型如下：式中：—通過節(jié)流閥的流量 —節(jié)流閥的液阻 —節(jié)流閥的液導，、—節(jié)流閥的進出口壓力節(jié)流閥模型為： 液壓橋的數(shù)學模型由于比例節(jié)流閥只能單向通流，所以需要和單向閥搭配組成液壓橋，這樣在電梯上行或者下行時，比例節(jié)流閥都能正常工作。兩個液壓缸的同步運動就是靠調節(jié)此處兩個比例流量閥來實現(xiàn)的。建立液壓橋的模型可以分開看成兩個單向閥和一個比例流量閥組成的。此處單向閥相當于一個液阻，單向閥的模型可以得到：式中：—通過單向閥的流量 —單向閥液阻， —單向閥進口壓力 —單向閥出口壓力則單向閥流量方程為：節(jié)流閥是一種最簡單又最基本的流量控制閥，它是借助于控制機構使閥心相對于閥體孔運動，以改變閥口的過流面積從而調節(jié)輸出流量的閥類。在本系統(tǒng)中，手動節(jié)流閥是用來調節(jié)流量以消除調整雙缸液壓管路的沿程壓力損失。在液壓系統(tǒng)中，節(jié)流閥可看成一個阻尼器，建立模型過程中可以把節(jié)流閥看成一個簡單的線性液阻，其模型如下：式中：—通過比例節(jié)流閥的流量 —比例節(jié)流閥的液阻 —比例節(jié)流閥的液導，、—比例節(jié)流閥的進出口壓力那么，其模型如下：其另外一個單向閥的模型為：其中：、—比例節(jié)流閥的進出口壓力 液控單向閥的模型在液壓大系統(tǒng)中若忽略液動力、庫侖摩擦、粘性阻尼和閥心重力的影響，可將液控單向閥的流量方程進行簡化，得到如下模型：式中：—液控單向閥綜合流量系數(shù)，,為液體的雷諾數(shù)，此處取管道的雷諾數(shù)位1500。那么 、—液控單向閥的進出口壓力那么，液控單向閥的模型可以寫成： 液壓缸的數(shù)學模型Ⅲ環(huán)節(jié)①從彈性液體流量連續(xù)性方程，可以得到泵輸出流量到缸的壓力變化過程的動態(tài)微分方程式:上式中的容腔包括兩個部分:一是基本固定不變的管路容腔容積。二是隨缸筒Ⅲ伸出位移的變化而變化的容腔容積，所以，可以表示成:再把代入上式中可得：②運動方程該環(huán)一節(jié)分析缸筒Ⅲ的受力情況，受力圖如圖33， 圖33 液壓缸缸筒受力分析其中摩擦力計算如下：③將己知量帶入計算合成方程組為:化簡得：式中：—液壓缸的液壓腔3的壓力—液壓缸的液壓腔2的壓力—液壓缸的液壓腔1的壓力 —液壓缸的第Ⅲ級缸筒的相對速度 —缸筒Ⅲ與Ⅳ的距離 —輸入到液壓腔3的流量ⅢⅡ環(huán)節(jié)缸筒ⅢⅡ環(huán)節(jié)和上述的缸筒IVⅢ環(huán)節(jié)相似，那么可以用相同的方法獲得其模型如下：式中：—液壓缸的第Ⅱ級缸筒的相對速度 —缸筒Ⅲ與Ⅱ的距離Ⅱ柱塞Ⅰ環(huán)節(jié)缸筒Ⅱ柱塞Ⅰ環(huán)節(jié)和上述的缸筒缸筒ⅢⅡ環(huán)節(jié)相似，那么可以用相同的方法獲得其模型如下：