【正文】 分:一是基本固定不變的管路容腔容積。在本系統(tǒng)中，手動(dòng)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。建立液壓橋的模型可以分開看成兩個(gè)單向閥和一個(gè)比例流量閥組成的。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(jìn)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(dǎo)，、—節(jié)流閥的進(jìn)出口壓力節(jié)流閥模型為： 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。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]。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(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)定性要求不高的場合?！鸵后w積彈性模量?！簤罕玫囊簩?dǎo)。 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，油泵的模型簡圖如下圖31所示，設(shè)進(jìn)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(shí)際流量。手動(dòng)節(jié)流閥在電梯試驗(yàn)運(yùn)行時(shí)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(shí)，手動(dòng)節(jié)流閥相當(dāng)于通流管路。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)。、—液壓缸邊界點(diǎn)，與外界機(jī)械聯(lián)結(jié)。、—三級(jí)同步液壓缸。、—比例節(jié)流閥，單向通流，與單向閥組成液壓橋。—比例流量閥，由減壓閥和節(jié)流閥組合而成，用于調(diào)速。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:—液壓泵；—手動(dòng)節(jié)流閥，可看成一個(gè)液阻元件。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。將液壓大系統(tǒng)的功能及組成進(jìn)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。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。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。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。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。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。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。 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。 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(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，過有外泄油口，外泄量也要??；調(diào)節(jié)力矩小，動(dòng)作靈敏。 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(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的卸荷或多級(jí)壓力控制。 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，另一個(gè)方向的流動(dòng)則被截止。本系統(tǒng)中取4min，其中,那么 取 過濾器的設(shè)計(jì)該液壓系統(tǒng)在回油路上設(shè)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。對(duì)中壓系統(tǒng)?！?jīng)驗(yàn)系數(shù)。油箱容積經(jīng)驗(yàn)公式：V—油箱的容積(L)。油箱體積小時(shí)，占用空間少，成本降低，但散熱條件不足。油箱的容積是油箱設(shè)計(jì)時(shí)需要確定的主要參數(shù)。 管路內(nèi)徑的選擇管路內(nèi)徑應(yīng)與要求的通流相適應(yīng)，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(dòng)和噪聲；管徑過大，則難于彎曲和安裝，而且將使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，所以必須合理選擇管徑。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。通過以上計(jì)算液壓泵站需要使用40kw電動(dòng)機(jī)，GR608M 600液壓泵，流量集成閥。 電機(jī)的選擇在設(shè)計(jì)液壓缸的活塞頭時(shí)，我們已計(jì)算過各級(jí)液壓缸的工作壓力，那么可以計(jì)算出各級(jí)液壓缸運(yùn)動(dòng)所需的理論功率[18]。 泵和電機(jī)的選擇 泵排量的計(jì)算排量為液壓泵主軸旋轉(zhuǎn)一周所排出的液體體積，又因?yàn)椋ㄆ渲袨楦骷?jí)活塞桿的相對(duì)速度），那么可以知道。切角，且雙唇是非對(duì)稱的，用于活塞桿的密封，其中一個(gè)密封唇用于支持活塞桿向上的密封作用并在其向下運(yùn)動(dòng)時(shí)除去保留在接觸空氣一側(cè)的灰塵污物。其最高工作壓力為4OMPa，溫度30100。密封件的耐磨性要好，磨損后應(yīng)有一定程度的自動(dòng)補(bǔ)償，制造簡單、裝拆方便、成本低廉。密封件的材料和系統(tǒng)采用的工作介質(zhì)要有相容性。密封材料的耐熱性能，影響液壓缸的工作溫度。密封效果決定了液壓缸的容積效率。液壓缸密封件選用取決于壓力、速度、溫度和工作介質(zhì)等因素。密封裝置的優(yōu)劣將直接影響液壓缸的工作性能。質(zhì)量計(jì)算比較常見，所以省略計(jì)算過程，計(jì)算結(jié)果如下： 缸蓋和活塞頭設(shè)計(jì)Ⅰ（1）壓力計(jì)算最大靜壓力： 工作壓力： （2）螺釘連接設(shè)計(jì) 6個(gè)內(nèi)六角圓柱頭螺釘，規(guī)格：M16，p2， 螺釘軸線分布圓 螺釘間距： 螺釘軸線分布圓直徑： 考慮到與壓圈連接，?。海?）活塞頭外圓直徑 （4）缸蓋厚度計(jì)算取缸蓋厚度為：Ⅱ(1)壓力計(jì)算最大靜壓力：所以工作壓力：（2）螺釘連接8個(gè)內(nèi)六角圓柱螺釘，規(guī)格： 螺紋軸線分布圓 螺釘間距： 螺釘軸線分布圓直徑：（3）活塞頭外圓直徑：（4）缸蓋厚度 同活塞頭Ⅰ一樣取81mm，因?yàn)楸炯?jí)缸筒壓力小于第Ⅰ級(jí)Ⅲ（1）壓力計(jì)算最大靜壓力：所以工作壓力：（2）螺釘連接 10個(gè)內(nèi)六角螺釘，規(guī)格： 螺釘軸線分布圓： 螺釘間距： 螺釘軸線分布圓直徑： （3）活塞頭外圓直徑（4）缸蓋厚度 同活塞頭Ⅰ一樣取81mm，因?yàn)楸炯?jí)缸筒壓力小于第Ⅰ級(jí) 根據(jù)以上的計(jì)算，同時(shí)考慮壓圈、卡環(huán)的尺寸的相互關(guān)系，取得如下尺寸:第一級(jí):缸蓋外徑:196，連接螺釘節(jié)圓直徑:80第二級(jí):缸蓋外徑:228，連接螺釘節(jié)圓直徑:100第二級(jí):缸蓋外徑:322，連接螺釘節(jié)圓直徑:294 柱塞缸和各級(jí)活塞缸的長度計(jì)算根據(jù)液壓缸的相關(guān)尺寸和具體情況，參照三菱電梯的相關(guān)尺寸，有效尺寸大于或等于8100mm，全部縮回小于或等于3970mm解得：取總高為3940mm，則各級(jí)桿長如下：缸筒長度：3065mm活塞桿Ⅱ：3242mm活塞桿Ⅰ：3386mm柱塞桿：3590mm柱塞桿如圖25，長度:2077mm，直徑:85mm圖25 第一級(jí)柱塞桿第二級(jí)活塞桿如圖26，整體長度:1907mm缸蓋和壓圈直徑:196mm，缸蓋加壓圈厚度:84mm活塞頭Ⅱ直徑:148mm活塞桿Ⅱ長度:1757mm，活塞桿I直徑:125mm圖26 第二級(jí)活塞桿第三級(jí)活塞桿如圖27:整體長度:1664mm缸蓋和壓圈直徑:228mm，缸蓋加壓圈厚度:90mm活塞頭Ⅲ直徑:225mm圖27 第三級(jí)活塞桿活塞桿Ⅲ長度:1497mm，活塞桿Ⅲ直徑:170mm第四級(jí)活塞桿如圖28，整體長度:1653mm缸蓋和壓圈直徑:322mm，缸蓋加壓圈厚度:102mm缸底和壓圈IV直徑:322mm，缸底壓圈厚度:136mm圖28 第四級(jí)活塞桿活塞桿IV長度:1487mm，活塞桿IV直徑:260mm整體外形尺寸如圖29:高度(不包括越程):4457mm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(dòng)力和速度，液壓油在系統(tǒng)及元件的容腔內(nèi)流動(dòng)或暫存時(shí)，由于壓力、間隙、粘度等因素的變化，而導(dǎo)致少量工作介質(zhì)越過容腔邊界，由高壓腔向低壓腔或外界流出，造成泄漏。表22 選定參數(shù)85125170150230所以可以綜合列出液壓缸設(shè)計(jì)的綜合參數(shù)如下表：表23 基本參數(shù)表名稱（參數(shù)）值同步缸級(jí)數(shù)3活塞桿直徑（mm）85125170包括轎廂總負(fù)載（Kg）：Q3000行程（m）：L12轎廂速度（m/s）：v電梯支承方式：直頂式要使三級(jí)活塞上下運(yùn)動(dòng)的速度基本相同，行程也相同，這要求第三級(jí)活塞環(huán)形面積等于第二級(jí)活塞下腔面積，以此類推，根據(jù)這個(gè)原理來計(jì)算液壓缸的相關(guān)尺寸。表21中，計(jì)算值是指按照24方程組計(jì)算所得數(shù)值，實(shí)際值是參照計(jì)算值對(duì)照密封件和鋼管材料所取得實(shí)際各級(jí)缸筒的內(nèi)徑和外徑，速度比反映了同步誤差大小。簡圖如圖24，根據(jù)方程組21可推得如下方程： （22）化簡為： （23）由于各級(jí)的相對(duì)速度想等，即，所以得如下方程組： （24）即等于： （25）圖24 液壓缸缸筒簡圖獲得以上公式后，可以根據(jù)電梯工作情況的要求，按照上面的公式來計(jì)算同步液壓缸的具體尺寸，但是實(shí)際設(shè)計(jì)中由于密封件和鋼管材料規(guī)格的限制，和不可能取得計(jì)算數(shù)值，而制作符合計(jì)算數(shù)值精度的密封件具有一定難度且價(jià)格過高，所以只能根據(jù)現(xiàn)有密封件和缸筒材料，在滿足電梯液壓系統(tǒng)運(yùn)行條件的情況下，選擇接近計(jì)算數(shù)值的尺寸。在設(shè)計(jì)三級(jí)同步伸縮缸時(shí)，首先根據(jù)同步原理計(jì)算相關(guān)參數(shù)，然后根據(jù)實(shí)際情況參考相關(guān)產(chǎn)品的型譜圖來選擇具體的參數(shù)[15]。這樣系統(tǒng)壓力大于而小于時(shí)，就開始補(bǔ)油。右圖中，缸筒2和缸筒3底部活塞上來補(bǔ)油，用來消除因結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和被忽略因素影響而產(chǎn)生的同步誤差，在正常工作時(shí)，由于第二級(jí)的壓力明顯高于第三級(jí)壓力，此單向閥處于關(guān)閉狀態(tài)。同步伸縮缸的結(jié)構(gòu)簡圖如圖23，從各級(jí)缸筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上保證：第三級(jí)活塞背腔環(huán)形作用面積與第二級(jí)活塞的前腔作用面積足夠近似相等即；并且溝通容腔和，即可實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)行[14]。因此在液壓電梯的液壓系統(tǒng)中，不能使用普通多級(jí)伸縮液壓缸，需要使用各級(jí)柱塞同時(shí)運(yùn)動(dòng)同時(shí)停止的多級(jí)同步液壓缸[4]。液壓電梯的液壓缸需要安裝空間不大但伸縮長度較長，所以選擇伸縮液壓缸。因此，做好液壓缸設(shè)計(jì)必須首先對(duì)各種形式的液壓缸的特點(diǎn)有充分的了解，做好選型工作，然后再根據(jù)具體情況來進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。作為執(zhí)行元件，液壓缸是液壓系統(tǒng)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，液壓缸性能的優(yōu)劣直接影響機(jī)械系統(tǒng)的工作性能。液壓缸結(jié)構(gòu)簡單，配置靈活，使用維修方便，所以比液壓馬達(dá)，擺動(dòng)液壓馬達(dá)應(yīng)用更為廣泛。 液壓缸的設(shè)計(jì)在機(jī)械制造行業(yè)中，液壓傳動(dòng)已成為必不可少的一門技術(shù)而普遍地應(yīng)用于各種機(jī)械、機(jī)床和設(shè)備中，發(fā)揮著獨(dú)特地、極為重要地作用。手動(dòng)節(jié)流閥6在電梯試驗(yàn)運(yùn)行時(shí)用來調(diào)整雙缸液壓管路的沿程壓力損失。而當(dāng)電磁閥得電后,可以實(shí)現(xiàn)反向通流。雙缸的同步運(yùn)動(dòng)通過調(diào)節(jié)兩比例節(jié)流閥8 來實(shí)現(xiàn),由于比例節(jié)流閥只能沿一個(gè)方向通流,需加液壓橋路10, 使得電梯上、下運(yùn)行時(shí)這兩個(gè)比例閥都能正常工作。電梯下行是靠轎廂及載荷的自重作用實(shí)現(xiàn)的。電機(jī)啟動(dòng)時(shí),電磁溢流閥4 失電,泵卸荷,比例流量閥5的開度為最大,而后電磁溢流閥通電,此時(shí)調(diào)節(jié)比例流量閥的開度即可實(shí)現(xiàn)電梯的旁路調(diào)速。本液壓系統(tǒng)也采用節(jié)流調(diào)速系統(tǒng), 上行時(shí)為旁路節(jié)流調(diào)速, 下行時(shí)為回油節(jié)流調(diào)速[25], 液壓系統(tǒng)原理見圖22。電梯為四層四站, 每層高3米, 采用直頂支承方式, 兩柱塞缸左右對(duì)稱布置, 分別立于相應(yīng)導(dǎo)軌一側(cè)。根據(jù)實(shí)際情況和參照相關(guān)電梯承載的參數(shù)，我設(shè)定液壓電梯的總負(fù)載（包括電梯本身自重）為3000Kg，電梯行程為12m，由于重載液壓電梯的轎廂尺寸一般較大, 綜合結(jié)構(gòu)剛度較差, 若采用單缸承重, 偏載較大時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響電梯的運(yùn)行平衡性, 加劇導(dǎo)軌的磨損, 因此宜采用雙缸支承[23]。在一些特殊的使用場合, 如汽車梯、船用平臺(tái)等, 由于液壓電梯具有功率重量比大、設(shè)置安裝靈活的優(yōu)點(diǎn), 尤其適用。隨著今后人民生活水平的日益提高, 多層建筑也將安裝電梯, 而液壓電梯則是最適宜的機(jī)種。在加入了PID控制器后，液壓缸缸筒在啟動(dòng)過程中的調(diào)整時(shí)間減少，速度變得平穩(wěn)，增加了電梯運(yùn)行的平穩(wěn)性和舒適性。4）、電梯液壓系統(tǒng)的PID控制在對(duì)電梯液壓系統(tǒng)進(jìn)行了仿真后，得到了液壓缸運(yùn)行的速度、壓力和位移曲線，分析各級(jí)缸筒的曲線，可以看出液壓缸的缸筒的各級(jí)速度曲線總體運(yùn)行都符合設(shè)計(jì)要求，但是缸筒速度的振動(dòng)較大，這使得電梯不能穩(wěn)定的運(yùn)行。本文中采用MATLAB中的Simulink來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，并且把整個(gè)系統(tǒng)分為三個(gè)子系統(tǒng)：液壓泵、單向閥和調(diào)速閥組成供子油系統(tǒng)；液壓橋和液控單向閥組成調(diào)整子系統(tǒng)；三級(jí)同步液壓缸構(gòu)成運(yùn)行系統(tǒng)，下面對(duì)三個(gè)子系統(tǒng)分別建立仿真模型，