【正文】 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： Vq?? V— 油箱的容積 (L)。 q— 液壓泵的總額定流量 (L/min)。 ? — 經(jīng)驗系數(shù) 。對低壓系統(tǒng) 2 4min? ? 。對中壓系統(tǒng) 5 7min? ? 。對中高壓或高壓大功率系統(tǒng) 6 12 min? ? 。 本系統(tǒng)中 ? 取 4min，其中 623 / minql? ,那么 4 623 2492V q L?? ? ? ? 取 2500VL? 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(nèi)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 650 800L/min，過濾精度 20? ，通徑 50mm，最大壓力損失 。 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 623 / minL 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 0 32MPa ，公稱通徑為 50mm，額定流量為 40 12 50 / minL 。 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。可以選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： 5 35MPa ，公稱通徑為 32mm，額定流量為 25 0 65 0 / minL 。 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(diào)節(jié)范圍打，流量 壓差變化平穩(wěn)；內(nèi)泄露量小，過有外泄油口，外泄量也要??；調(diào)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(jié) 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(qū)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(guān)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(nèi)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(guān)鍵，是為了提高動態(tài)仿真結(jié)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(gòu)成大系統(tǒng)模型。在構(gòu)成液壓大系統(tǒng)模型時采用的是拓撲技術(shù)，拓撲技術(shù)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(shù) [35]。在利用拓撲技術(shù)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(diào)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，然后分別對每一個元件進行分析建模，在得到拓撲結(jié)構(gòu)中每個元件的數(shù)學模型后，再結(jié)合拓撲結(jié)構(gòu)圖總結(jié)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(jié)構(gòu)如下如圖 31： 圖 31 電梯液壓系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)圖 圖中符號意義如下 : 1D — 液壓泵； 1S — 手動節(jié)流閥，可看成一個液阻元件 。 2S — 溢流閥，二通口元件 。 3S — 比例流量閥，由減壓閥和節(jié)流閥組合而成，用于調(diào)速 。 4 5 6 7 8S S S S S、 、 、 、— 單向閥，開啟后為一個液阻元件 。 9S 、 10S — 比例節(jié)流閥，單向通 流，與單向閥組成液壓橋 。 11S 、 12S — 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 。 1G 、 2G — 三級同步液壓缸 。 1B — 系統(tǒng)與油箱連接節(jié)點 。 2B 、 3B — 液壓缸邊界點，與外界機械聯(lián)結(jié) 。 1N 、 2N 、 3N — 系統(tǒng)內(nèi)三通口節(jié)點 。 電梯上行的數(shù)學模型 電梯上行的時候，電機拖動液壓泵正常供油，調(diào)節(jié)比例流量閥進行旁路節(jié)流調(diào)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(diào)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(jié)構(gòu)如圖： 圖 32 電梯液壓系統(tǒng)的上行拓撲結(jié)構(gòu)圖 根據(jù)系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)，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(zhuǎn)速為 1500r/min，油泵的模型簡圖如下圖 31所示，設進口油壓為 0p ，出油口的壓力 1p ，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]： 11 0 0 1 0 1() Vq q G p p pK? ? ? ? 其中： 1q — 液壓泵的實際流量 。 0q — 液壓泵的理論流量 。 0G — 液壓泵的液導 。 1V — 液壓泵的出口容積 。 K — 油液體積彈性模量。 6 2301 6 0 0 1 5 0 0 1 0 1 . 5 1 0 /60q V n m s? ????? ? ? ? 泵的液導取 經(jīng)驗值為： 3 3 1 10 7. 63 10G m P a S? ? ??? 泵出口容積為： 431 9 10Vm???? 油液的彈性模量?。? 10 /K N m?? 取進口壓力為： 0 0p? 將以上參數(shù)代入模型中，可以得到如下方程： 2 9 121 1 11 .5 1 0 7 .6 3 1 0 0 .8 2 1 0q p p? ? ?? ? ? ? ? ? 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 : 1 1 211 ()q p pR?? 式中： 1q — 通過單向閥的流量 1R — 單向閥液阻， 731 4128 3 .1 2 5 1 0 . .lR m P a Sd?? ?? ? ? 1p — 單向閥進口壓力 2p — 單向閥出口壓力 則單向閥流量方程為： 81 1 2 1 271 ( ) 3 . 2 1 0 ( )3 . 1 2 5 1 0q p p p p?? ? ? ? ?? 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(diào)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： 22 2 0 2 2 02 1 12 ( ) 2 ( )4ddp p p pq C A C d??????? 式中： 2q — 通過減壓閥的流量 dC — 定差減壓閥的節(jié)流閥口流量系數(shù) 1A — 定差減壓閥通流面積， 2114Ad??， 1d 為減壓閥的通徑 ? — 液體密度，此處取 3900 /kg m? ? 2p 、 20p — 減壓閥的進出口壓力 那么，可以得到模型： 52 2 2 09 .3 1 0q p p?? ? ? 節(jié)流閥模型如下： 2 2 0 3 1 2 0 311 ( ) ( )q p p G p pR? ? ? ? 式中： 2q — 通過節(jié)流閥的流量 1R — 節(jié)流閥的液阻 1G — 節(jié)流閥的液導， 7 3 1 11 9 10 . .G m Pa S? ? ??? 20p 、 3p — 節(jié)流閥的進出口壓力 節(jié)流閥模型為： 72 20 33. 09 10 ( )q p p?? ? ? 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(diào)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： 3 2 421 ()q p pR?? 式中： 3q — 通過單向閥的流量 2R — 單向閥液阻， 732 4128 1 2 . 8 1 0 . .lR m P a Sd?? ?? ? ? 2p — 單向閥進口壓力 4p — 單向閥出口壓力 則單向閥流量方程為： 93 2 4 2 471 ( ) 7 . 8 1 0 ( )1 2 . 8 1 0q p p p p?? ? ? ? ?? 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(gòu)使閥心相對于閥體孔運動，以改變閥口的過流面積從而調(diào)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(diào)節(jié)流量以消除 調(diào)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： 3 4 5 3 4 531 ( ) ( )q p p G p pR? ? ? ? 式中： 3q — 通過比例節(jié)流閥的流量 3R — 比例節(jié)流閥的液阻 3G — 比例節(jié)流閥的液導， 7 3 1 13 7 10 . .G m Pa S? ? ??? 4p 、 5p — 比例節(jié)流閥的進出口壓力 那么，其模型如下： 73 4 51 .1 7 1 0 ( )q p p?? ? ? 其另外一個單向閥的模型為： 93 5 6 5 671 ( ) 10 ( ) 10q p p p p?? ? ? ? ?? 其中： 5p 、 6p — 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： 3 6 7()q C p p?? 式中： C — 液控單向閥綜合流量系數(shù)， ReC ?? ,Re 為液體的雷諾數(shù)，此處取管道的雷諾數(shù)位 1500。那么 ? 5p 、 6p — 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： 3 6 ( )q p p?? 液壓缸的數(shù)學模型 IVⅢ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 : 7 3 3 33 ( . )Ep q v AV??? 上式中的容腔 3V 包括兩個部分 :一是基本固定不變的管路容腔容積 03V 。二是隨缸筒Ⅲ伸出位移的變化而變化的容腔容積，所以， 3V 可以表示成 : t3 03 3 30V V A v dt?? ? 再把 3V 代入上式中可得： 7 3 3 3t03 3 30( . )Ep q v AV A v dt???? ? 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 3 3 7 3 3 8 2 o d 33()M v P A M g P A A F B v? ? ? ? ? ?’Ⅲ環(huán) 其中摩擦力計算如下：