【文章內(nèi)容簡介】 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 圖 NXQ 型 蓄能器 螺紋連接結(jié)構(gòu)簡圖 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)見表 。 表 NXQ 系列蓄能器技術(shù)參數(shù)表 型號 公稱 壓力)(MPa 公稱 容積)(L 尺寸 )(mm 重量)(kg D 1L 2L L M *L 10 20 89 50 190 318 227?M NXQ1/*L 1 290 418 6 NXQ1/*L 1 114 50 205 333 227?M 6 *L 152 65 215 370 242?M *L 280 435 15 NXQ4/*L 4 390 545 *L 560 715 參數(shù)計(jì)算 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 由于本系統(tǒng)任務(wù)是將車輛的所損失的機(jī)械能 (主要是動能 )轉(zhuǎn)換為液壓能，所以根據(jù)能量守恒定律，車輛所損失的機(jī)械能必與系統(tǒng)液壓能相等。 汽車制動前后動能損失為： )(21 2021 vvmW ??? （ ） 式中 m — 車輛的質(zhì)量 )(kg ； 1v 、 0v — 車輛制動前后的速 度 )/( hkm 。 而在液壓系統(tǒng)中，蓄能器為儲能裝置。其儲存的液壓能應(yīng)與汽車損失的動能相等。對于蓄能器， 根 據(jù)單通道穩(wěn)態(tài)流動能量方程，有如下能量守恒公式 ： hisckpw EEEEEEE ???????????? （ ） 式 中 wE? — 單位質(zhì)量流體與外界的作用功 )(J ； pE? — 所考察的兩截面 5的壓力能差 )(J ； kE? — 所考察的兩截面間的動能差 )(J ； cE? — 所考察的兩截面間的壓縮能差 )(J ； sE? — 所考察的兩截面間的位能差 )(J ； iE? — 所考察的兩截面間 的內(nèi)能差 )(J ； hE? — 對外熱傳導(dǎo)，輻射，對流等熱能損耗 )(J 。 以下為對公式的幾點(diǎn)說明： 壓力能使液壓技術(shù)中最主要的能量形式，也是蓄能器的主要儲能方式。在液管路中，單位質(zhì)量流體介質(zhì)的壓力能表達(dá)式為： ?? pqpqE vvp ?? （ ） 式中 ? — 液體密度 )/( 3mkg ； p — 壓力 )(ap ； vq — 體積流量 )/( 3 sm 。 單位質(zhì)量液體所具有的動能為 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 22mk vE ? （ ） 式中 kE — 單位液體所具有的動能 )(J ； mv — 液體的流動速度 )/( sm 。 壓縮能是因液體的可壓縮性而消耗的能量。工程上認(rèn)為，容積 V 隨著壓力升高按線性規(guī)律逐步被壓縮，故其壓縮能為 ： 壓縮能是因液體的可壓縮性而消耗的能量。工程上認(rèn)為，容積 V 隨著壓力升高按線性規(guī)律逐步被壓 縮，故其壓縮能為 ： EVppVEc 2212???? （ ） 式中 E — 介質(zhì)的體積彈性能量 )(J ； p — 壓力 )(Pa 。 由于液體的可壓縮性較差，即液體體積變化受壓力影響很小，在主要靠壓力能儲能，即壓力能為主要儲能方式 下可以忽略不計(jì)。位能相對于壓力能所占的比重很小，可以忽略不計(jì)。 位能相對于壓力能所占的比重很小，可以忽略不計(jì)。 指能 量損 耗導(dǎo)致的介質(zhì)溫升的熱能部分 tCE fi ?? （ ） 式中 fC — 介質(zhì)比熱。 iE — 介質(zhì)升溫的熱能 )(J ； t? — 溫度的變化量 )(C? 。 hE 項(xiàng)由于難以估算，且系統(tǒng)溫升限定在熱平衡狀態(tài)，故忽略不計(jì)。綜上所述，把以上不容忽視的各項(xiàng)能量表達(dá)式代入能量守恒方程 式 中 ，得 02 212212 ??????? tCvvppE fw ? （ ） 本系統(tǒng)所采用的蓄能器中，所儲存的能量形式主要是壓力能。由于蓄能器充、放油完成后，即系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，殼體內(nèi)液體處于靜止非流動狀態(tài)，故液體速度為零。同時(shí)，由于 介質(zhì)的能耗導(dǎo)致的溫升的熱能部分，即內(nèi)能部分，考慮到蓄能器與整黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 個(gè)液壓系統(tǒng)相通，且熱能又在通過傳導(dǎo)、對流、輻射的形式散失，因而介質(zhì)的能耗導(dǎo)致的液體溫升總體不大，故也可在計(jì)算蓄能器的儲能量時(shí)不以考慮 [6]。 所以，由式 （ ） 可計(jì)算蓄能器的儲能量為 ： pVE? （ ） 式中 p — 蓄能器最大工作壓力 )(Pa ； V — 蓄能器最大工作容 積 )(l 。 因此，聯(lián)立公式 （ ）、（ ） 可得 : pVvvmyj ?? ??)(21 2021 （ ） 式中 j? — 汽車傳動系效率； y? — 液壓系統(tǒng)效率。 汽車行駛方程式為： jiwf FFFFF ???? （ ） 式中 F — 車輛驅(qū)動力 )(N ； wF — 空 氣阻力 )(N ； iF — 坡度阻力 )(N ； jF — 車輛慣性力 )(N ； fF — 滾動阻力 )(N 。 其中 GFf ?? （ ） 222 ???????? dtdKcAvcAF vw ?? （ ） ? GFi ? （ ） dtGdvFj ?? （ ） 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 式 中 ? — 滾動阻力系數(shù)； c — 空氣阻力系數(shù) )/( 3msN? ； A — 汽車正面投影面積 )( 2m ； v — 車速 )/( sm ； dtd? — 變量泵 /馬達(dá)輸出角速度 )/( srad ； ? — 坡度角 )(rad ； ?vK — 速度轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換系數(shù) )( 1?m ； ? — 旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系 數(shù)。 變量泵 /馬達(dá)輸出軸上，驅(qū)動扭矩方程為 : iFRM /? （ ） 式 中 M — 變量泵 /馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩 )( mN? ； i — 汽車 傳動比； R — 車輪工作半徑。 公共汽車的運(yùn)行車速一般都比較低，因此，所受的空氣阻力很小，可忽略不計(jì)。系統(tǒng)工作壓力可根據(jù)扭矩選擇，但應(yīng) 有一定范圍。系統(tǒng)工作壓力低，勢必加大液壓元件的結(jié)構(gòu)尺寸，而樣機(jī)布置空間不允許，同時(shí)，從材料消耗角度也不經(jīng)濟(jì) ； 反之，壓力選得太高，對液壓元件密封、制造精度要求就高，必然提高裝置成本。所以依據(jù)該裝置工作性質(zhì)與環(huán)境，初選為 [7] aMPp 35~20? （ ） 將選定的壓力代入公式 ()中，可得蓄能器工作容積為 ： pvvmV yj2 )(2021 ???? （ ） 由此可得蓄能器公稱容積公式 為： nnppppVV 12110101 ?????????????????? （ ） 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 式中 0V — 所需蓄能器公稱容積 )(L ； 0P — 充氣壓力 )(aP ； n — 指數(shù)，取 ，按絕熱處理； V — 蓄能器工作容積 )(L ，按式（ ）計(jì)算； 2p — 最高工作壓力 )(aP ； 1p — 最低工作壓力 )(aP 。 在本系統(tǒng)中蓄能器作為蓄能使用，所以蓄能器充氣壓力 0p 應(yīng)按以下計(jì)算： 蓄能器總?cè)莘e 0V 最小，單位容積儲存能量最大的條件下，絕熱過程時(shí) 20 pp ? （ ） 使蓄能器重量最小時(shí) 20 )~( pp ? （ ） 壓縮能是因液體的可壓縮性而消耗的能量。工程上認(rèn)為，容積 v 隨著壓力升高按線性規(guī)律逐步被壓縮，故其壓縮能為 :在保護(hù)膠囊，延長其使用壽命的條件下 折合形氣囊 10 )~( pp ? （ ） 波紋形氣囊 10 )~( pp ? （ ） 隔膜式 2120 pp pp ?? （ ） 蓄能器的充氣壓力 0P ，根據(jù)應(yīng)用條件的不同，選用不同計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。代號含義同前。對于蓄能器最低工作壓力 1p 和最高工作壓力 2p 作為動力源來說，蓄能器的最低工作壓力應(yīng)滿足 m a xm a x1 )()( ppp I ???? （ ） 式中 max)( Ip — 最遠(yuǎn)液壓機(jī)構(gòu)的最大工作壓力； max)( p?? — 蓄能器到最遠(yuǎn)液壓機(jī)構(gòu)的壓力損失 （ MPa ）。 從延長皮囊式蓄能器的使用壽命考慮 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 12 3pp ? （ ） 2p 越低于極限壓力 3 1p ，皮囊壽命越長，提高 2P 雖然可以增加蓄能器有效排油量，但勢必使泵的工作壓力提高，相應(yīng)功率消耗也提高了，因此凡應(yīng)小于系統(tǒng)所選泵的額定壓力。作為動力源的蓄能器，為使其在有效工作容積過程中液壓機(jī)構(gòu)的壓力相對穩(wěn)定些，一般推薦 21 )~( pp ? （ ） 蓄能器作為液壓能儲存和釋放的裝置。根據(jù)在本設(shè)計(jì)中其應(yīng)具有較強(qiáng)的能量儲存與釋放功能，以及反應(yīng)靈敏，工 作平穩(wěn)可靠使用方便，壽命長等要求。綜合比較彈簧式、氣瓶式、活塞式和氣囊式蓄能器的特點(diǎn)，選用氣囊式蓄能器，如圖 所示。 蓄能器的校 核 蓄能器是本系統(tǒng)的關(guān)鍵元件之一，不同型號具有不同的 標(biāo)準(zhǔn)。 其公稱容積和壓力允許范圍必須經(jīng)過嚴(yán)格的校合以便 選擇蓄能器的型號。 以下是對本次設(shè)計(jì)所用蓄能器所做的校核： 各參數(shù)確定如下： 由 式 （ ）得， 最低工作壓力 1P 和最高工作壓力 2P 分別為 20 aMP 和 35 aMP 。 由于本系統(tǒng) 是在單位容積存儲能量最大的條件下進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以 0P 即沖氣壓力取 2P 。 又公交車最高速度為 60 hkm/ ，最低為 20 hkm/ ，即 1v =60 hkm/ ， 0v =20 hkm/ 。 公交車 輛 最大質(zhì)量為 12t 。 假設(shè)汽車傳動系效率 j? 和液壓系統(tǒng)效率 y? 均為最大，為 1。 圖 NXQ 型皮囊式蓄能器結(jié)構(gòu)圖 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 由式（ ）可得：（因 V 為最大工作容積，所以 P =20 aMP 。） LPvvmV yj 11)2060(12 00 02 )( 6222021 ??? ???????? ?? 由（ ）可得： Lppppvvnn)3520(1)()(1)(111211010 ????? 由表 可選擇 NXQL4/ 型號 蓄能器， 其壓力和公稱容積均可符合要求。 變量泵 /變量馬達(dá)的計(jì)算 為了分析簡單，假定汽車運(yùn)行在水平路面上。將 ()代入式 ( )并經(jīng)過轉(zhuǎn)換得變量泵 /馬達(dá)與負(fù)載的轉(zhuǎn)矩平衡方程為： 022fMdtdJM ?? ? （ ） 式中 22dtd? —變量泵 /馬達(dá)輸出角加速度； J —汽車質(zhì)量轉(zhuǎn)換為變量泵 /馬達(dá)軸上的轉(zhuǎn)動慣量與變量泵 /馬達(dá)轉(zhuǎn)動慣量 之和 )( 2smN ?? ； 0fM —滾動摩擦力折算到變量泵 /馬達(dá)輸出軸上的負(fù)載扭矩， )( mN? 。 當(dāng)汽車制動時(shí)，二次元件的轉(zhuǎn)速由 0w 開始加速至 1w ， 對式 ()進(jìn)行變換得： 022fMdtdJpD ?? ? （ ） 式中 p—液壓蓄能器內(nèi)氣體壓力 )/( 2mN ； D —變量泵 /馬達(dá)排量 )/( 3 radm 。 根據(jù)公式（ ） 、