【正文】 定的主要參數(shù)。油 箱體積大時(shí)散熱效果好，但用油多，成本高 。油箱體積小時(shí)，占用空間少，成本降低，但散熱條件不足。在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，可用經(jīng)驗(yàn)公式確定油箱的容積 [19]。 油箱容積經(jīng)驗(yàn)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(yàn)系數(shù) 。對(duì)低壓系統(tǒng) 2 4min? ? 。對(duì)中壓系統(tǒng) 5 7min? ? 。對(duì)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(guò)濾器的設(shè)計(jì) 該液壓系統(tǒng)在回油路上設(shè)置過(guò)濾器，在系統(tǒng)油液流回油箱之前，過(guò)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(guò)濾器需安裝在油箱頂部，過(guò)濾器公稱流量為 650 800L/min，過(guò)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(gè)方向通過(guò)，另一個(gè)方向的流動(dòng)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(guò)電磁閥的通斷電來(lái)控制，實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的卸荷或多級(jí)壓力控制。可以選用上海立新液壓件廠引進(jìn)樂(lè)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(guò)改變節(jié)流閥的 截面或節(jié)流長(zhǎng)度以控制流體流量的閥門(mén)，本系統(tǒng)對(duì)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(guò)有外泄油口，外泄量也要?。徽{(diào)節(jié)力矩小，動(dòng)作靈敏。系統(tǒng)中的比例流量閥采用先導(dǎo)式比例流量閥，采用型號(hào)為 RPCE3型先導(dǎo)式比例流量閥。 本章小結(jié) 本章主要對(duì)液壓電梯的液壓系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，先根據(jù)實(shí)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(shè)計(jì)要求確定其工作參數(shù)，包括負(fù)載、行程、運(yùn)行速度等，并計(jì)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(shí)際液壓電梯的型譜圖來(lái)計(jì)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(jí)功率，然后可以確定液壓泵的型號(hào)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定功率。最后依次對(duì)系統(tǒng)的管路、過(guò)濾器、各種閥進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)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(chǎng)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(shè)計(jì)和液壓元件初步選擇之后，需要對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。首先要根據(jù)具體工況進(jìn)行分析，并建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，然后對(duì)模型進(jìn)行 求解來(lái)分析系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性和預(yù)測(cè)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)。本章主要內(nèi)容是建立液壓電梯液壓系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。 建立液壓系統(tǒng)模型的目的是為了便于用軟件進(jìn)行數(shù)字仿真，通過(guò)仿真研究了解液壓系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，為改進(jìn)和完善系統(tǒng)性能提供必要的理論依據(jù)。而建立一個(gè)較精確的描述液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的數(shù)學(xué)模型又是仿真的前提和關(guān)鍵，是為了提高動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果的準(zhǔn)確程度。所以在建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型時(shí)應(yīng)符合準(zhǔn)確、簡(jiǎn)明、適應(yīng)的原則 [21]。 要建立一個(gè)液壓大系統(tǒng)模型應(yīng)首先對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)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(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析，將液壓大系統(tǒng)簡(jiǎn)化或抽象化，建立節(jié)點(diǎn)的拓?fù)浼s束方程和邊界約束方程。然后根據(jù)液壓系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)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(xué)模型。 分析液壓系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(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(jìn)行簡(jiǎn)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(shí)采用的是拓?fù)浼夹g(shù)，拓?fù)浼夹g(shù)是指建模過(guò)程中將大系統(tǒng)分割成子系統(tǒng)進(jìn)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?fù)浼夹g(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的建模時(shí)，可以更方便的 對(duì)整個(gè)系統(tǒng)模型進(jìn)行分析和調(diào)整，減少了系統(tǒng)分析的時(shí)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(gè)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型，電梯的運(yùn)行分為電梯上行和下行兩個(gè)階段具體分析，并建立相應(yīng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，然后分別對(duì)每一個(gè)元件進(jìn)行分析建模，在得到拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中每個(gè)元件的數(shù)學(xué)模型后，再結(jié)合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖總結(jié)得到整個(gè)工作系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)分析我們可以得到這個(gè)液壓系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下如圖 31： 圖 31 電梯液壓系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖 圖中符號(hào)意義如下 : 1D — 液壓泵； 1S — 手動(dòng)節(jié)流閥，可看成一個(gè)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(kāi)啟后為一個(gè)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(wú)電信號(hào)輸入時(shí)為一個(gè)普通單向閥，有電信號(hào)輸入，反向通流 。 1G 、 2G — 三級(jí)同步液壓缸 。 1B — 系統(tǒng)與油箱連接節(jié)點(diǎn) 。 2B 、 3B — 液壓缸邊界點(diǎn)，與外界機(jī)械聯(lián)結(jié) 。 1N 、 2N 、 3N — 系統(tǒng)內(nèi)三通口節(jié)點(diǎn) 。 電梯上行的數(shù)學(xué)模型 電梯上行的時(shí)候，電機(jī)拖動(dòng)液壓泵正常供油，調(diào)節(jié)比例流量閥進(jìn)行旁路節(jié)流調(diào)速，來(lái)控制電梯啟動(dòng)上行的速度，使得電梯轎廂進(jìn)行勻加速運(yùn)動(dòng)，保證電梯運(yùn)行平穩(wěn)。電梯上行時(shí)，電磁溢流閥失電，溢流閥不溢流。 手動(dòng)節(jié)流閥在電梯試驗(yàn)運(yùn)行時(shí)用來(lái)調(diào)整雙缸液壓管路的沿程壓力損失，在 電梯正常工作時(shí)，手動(dòng)節(jié)流閥相當(dāng)于通流管路。那么，可以得到電梯上行液壓系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖： 圖 32 電梯液壓系統(tǒng)的上行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖 根據(jù)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，我們可以依次建立各個(gè)子系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。 泵的數(shù)學(xué)模型 用液壓泵的型號(hào)為 GR608M 600，轉(zhuǎn)速為 1500r/min，油泵的模型簡(jiǎn)圖如下圖 31所示，設(shè)進(jìn)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(shí)際流量 。 0q — 液壓泵的理論流量 。 0G — 液壓泵的液導(dǎo) 。 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(dǎo)取 經(jīng)驗(yàn)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(jìn)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(xué)模型 在液壓系統(tǒng)中，忽略單向閥開(kāi)啟動(dòng)態(tài)特性，單向閥一打開(kāi)，其作用就相當(dāng)于一個(gè)液阻元件，將單向閥的液阻簡(jiǎn)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(guò)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(jìn)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(xué)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(kāi)口一定的條件下通過(guò)它的工作流量受工作負(fù)載變化的影響，不能保持執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)速度的穩(wěn)定，因此僅適用于負(fù)載變化不大和速度穩(wěn)定性要求不高的場(chǎng)合。由于工作負(fù)載的變化很難避免，在對(duì)執(zhí)行元件速度穩(wěn)定性要求較高的場(chǎng)合，需要采用比例流量閥來(lái)進(jìn)行節(jié)流調(diào)速。而比例流量閥是由定差減壓閥在負(fù)載變化時(shí)，對(duì)節(jié)流閥進(jìn)行壓力補(bǔ)償，使節(jié)流閥前后壓力差在負(fù)載變化時(shí)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(kāi)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(guò)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(jìn)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(guò)節(jié)流閥的流量 1R — 節(jié)流閥的液阻 1G — 節(jié)流閥的液導(dǎo)， 7 3 1 11 9 10 . .G m Pa S? ? ??? 20p 、 3p — 節(jié)流閥的進(jìn)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(xué)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(shí)，比例節(jié)流閥都能正常工作。兩個(gè)液壓缸的同步運(yùn)動(dòng)就是靠調(diào)節(jié)此處兩個(gè)比例流量閥來(lái)實(shí)現(xiàn)的。建立液壓橋的模型可以分開(kāi)看成兩個(gè)單向閥和一個(gè)比例流量閥組成的。 此處單向閥相當(dāng)于一個(gè)液阻，單向閥的模型可以得到： 3 2 421 ()q p pR?? 式中： 3q — 通過(guò)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(jìn)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(jiǎn)單又最基本的流量控制閥，它是借助于控制機(jī)構(gòu)使閥心相對(duì)于閥體孔運(yùn)動(dòng)，以改變閥口的過(guò)流面積從而調(diào)節(jié)輸出流量的閥類。在本系統(tǒng)中，手動(dòng)節(jié)流閥是用來(lái)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(gè)阻尼器，建立模型過(guò)程中可以把節(jié) 流閥看成一個(gè)簡(jiǎn)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(guò)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(dǎo)， 7 3 1 13 7 10 . .G m Pa S? ? ??? 4p 、 5p — 比例節(jié)流閥的進(jìn)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(gè)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(jìn)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(dòng)力、庫(kù)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(jìn)行簡(jiǎn)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(jìn)出口壓力 那么，液控單向閥的模型可以寫(xiě)成： 3 6 ( )q p p?? 液壓缸的數(shù)學(xué)模型 IVⅢ環(huán)節(jié) ①?gòu)膹椥砸后w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(guò)程的動(dòng)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(gè)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(yùn)動(dòng)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(jì)算如下：