基于QCS014A实验台的液压马达选型设计.pdf

2 0 1 2年 7月 第 4 0卷 第 1 4期 机床与液压 MACHI NE T OOL ＆ HYDRAULI CS J u 1 ． 2 01 2 Vo 1 ． 4 0 No ． 1 4 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 1 4 ． 0 2 1 基于 Q C S 0 1 4 A实验台的液压马达选型设计 吴海 荣 聊城 大学汽车与交通工程学院，山东聊城 2 5 2 0 0 0 摘要根据 Q C S 0 1 4 A液压教学实验台已有的条件进行的液压马达选型设计，不同于通常的从负载分析人手的选型设 计。已知动力元件和控制元件，该方法通过确定液压系统原理图、计算所需液压马达的主要设计参数、分析液压马达的类 型等步骤反推确定液压马达的型号。该方法既简便易行，又能满足设计要求。 关键 词 液压马达 ；选型设计 ；Q C S 0 1 4 A实验 台 中图分类号 T H 1 3 7 ． 5 1 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 1 4 0 5 7 2 T h e T y p e S e l e c t i o n R e s e a r c h o f Hy d r a u l i c Mo t o r B a s e d o n QC S 0 1 4 A E x p e r i me n t a l De v i c e W U Ha i r o ng S c h o o l o f A u t o m o b i l e T r a n s p o r t a t i o n E n g i n e e r i n g ，L i a o c h e n g U n i v e r s i t y ，L i a o c h e n g S h a n d o n g 2 5 2 0 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h e t y p e s e l e c t i o n m e t h o d o f h y d r a u l i c m o t o r b a s e d o n Q C S 0 1 4 A h y d r a u l i c t e a c h i n g e x p e r i m e n t a l d e v i c e ，w a s n o t s a me a S t h a t f r o m wo r k l o a d a n a l y s i s i n g e n e r a 1 ． Kno wi ng p o we r a n d c o n t r o l c o mpo ne n t s ， t he t y pe o f h y dr a ul i c mo t o r wa s i n f e r r e d b y t h e s t e p s s u c h a s d e t e r mi n i n g h y d r a u l i c s y s t e m p r i n c i p l e d i a g r a m， c alc u l a t i n g ma i n d e s i g n p a r a me t e r s o f h y d r a u l i c mo t o r ， a n a l y z i n g i t s t y p e ， e t c ． Th i s me t h o d i s e a s y t o u s e，a n d c a n me e t t h e d e s i g n r e q u i r e me n t s ． Ke y w o r d s H y d r a u l i c m o t o r ；T y p e s e l e c t i o n a n d d e s i g n ；Q C S 0 1 4 A e x p e r i m e n t al d e v i c e Q C S 0 1 4 A液压教学 实验 台采用 液压元件 装拆式 ， 管路 连接采用快换接头和胶管总成 ，拆装方便 。电气 采用工控 机 触摸屏控制 ，具有灵活性 、适应性 。实 验 台可实现定量泵 3种节 流型式 的调速 回路 、差动 回 路 、速度换接 回路 、三级 调压 回路 、背压阀限制系统 最低压力的回路、单向顺序阀的平衡回路、比例压力 回路 、比例流量回路、行程控制双缸顺序动作回路等 多种回路 ，而且也可根据具体教学要求衍生其他 回 路 ，所 以国内开设 液压传 动课 程的部分高校购置 了这 种实验 台。但是该 实验 台执行元 件配备 不齐全 ，只有 液压缸 ，而缺少液压 马达 。因此 ，为方便进行 液压 系 统 中涉及液压 马达 的实验 ，需根据该实 验台已有液压 元件 ，对执行元件液压马达进行合理选型。 在液压马达的选型过程中，为使选型准确、液压 回路具有较 高效率 ，可 以实验 台所 能组 成的某 一 回路 为基础 ，根据 回路 中所用动力元件 液压 泵 、控制元件 液压 阀等元件 的各具体参 数 ，反推得 到液压 马达的型 号。这和通常 的液压 马达选 型首先从负 载分析 正好 相 反。该选型方 法 可 以应用 在 已 知动力 元 件 和控 制元 件 、需要选 择执 行元 件 的液压 回路 设 计 中 ，简便 易 行 。 1 确定液压系统原理图 液压系统原理 图的确定是液压 系统设计 和液压元 件选型 的关键 。以 Q C S 0 1 4 A液 压教 学实 验 台现有元 件为基础 的液压系统原理图 的确定 ，要在满足实验要 求的前提下，适应液压技术的发展。目前 ，随着技术 的进步，许多液压传动系统都要求流量和压力能连续 地或按 比例地随输入信号的变化而变化 ；而且对 于液 压马达 ，许 多情 况下也要求 其工 作转 速能在一定范 围 内自动调节。因此 根据 Q C S 0 1 4 A液压 教学 实验 台现 有的液压元 件 ，在 液压 马达选 型设计过程 中 ，可选 电 液比例远程无 级调压 回路进行 。 1 ． 1 电液 比例远 程 无级调 压 回路 原 理 图 调压 回路可使 系统整体或某一部分 的压力保持恒 定或不超过某个数值 。电液 比例调压 回路是利用 电液 比例 溢流阀 ，通过输入该 阀电磁铁 的电流变化来实现 回路的无级调压 ，以达到实现执行元件液压马达转矩 和转 速调节 的 目的，这种 回路还可实现 系统 的远距离 控制，所以该 回路实际为电液 比例远程无级调压 回 路 ，回路原理 图如 图 1 所 示。 1 ． 2 电液 比例 远 程无级 调 压 回路 工作 原理 由图 1 可以看出在该调压 回路中，动力元件液 压泵 2由电机驱动 ，回路 利用电液 比例溢流阀 7进行 远程无级调压 ，电液比例溢流阀7可以随输人 比例电 磁铁 Y A的 电流 变化 ，在 限定值 内任 意 调定 系 统压 力 ，从而控制液压马达 4的转速 随电流的变化 而连续 收稿 日期 2 0 1 1 0 61 3 基金项 目聊城大学科研基金资助项 目 x 0 9 0 3 0 ；聊城大学实验技术研究项 目 作者简介吴海荣 1 9 6 9 一 ，女，副教授，研究方向为液压与气压传动技术。Em a i l q i c h e x u e y u a n w u 1 6 3 ． c o n。 5 8 机床与液压 第 4 0卷 变化。为防止过 大的故 障电流输入引起过高 的压力对 系统造成伤害 ，回路 中加入 溢流 阀 6 ，以限制 系统 的 最高压力 ，当压力超过溢流 阀 6调定值 时 ，溢流 阀 6 打开溢流 ，以保证系统安全工作。正 常工作 即压力小 于溢流 阀 6调定值时 ，系统压 力 由电液 比例溢 流阀 7 调定 ，溢流 阀 6处于关 闭状态 ，不溢 流。系统压力 的 大小 可以通过压力表 5读 出。节流阀 3 可 以控制进 入 液压 马达 4的流量 ，从而达到适 当控制液压马达 4转 速的 目的 1 一过 滤 器 2 一液 压 泵 3 一节 流 阀 4 _ 液压 马达 卜 压力 表 6 _ 溢流 阀 7 一 电液 比例溢 流 阀 8 一 油箱 图 1 液压 马达 电液 比例 远程 无级调压 回路原理图 1 ． 3 电液 比例 远 程 无级调 压 回路 主要 元件 参数 在 图 1中，除液 压 马达 4外 均选 用 Q C S 0 1 4 A液 压实验 台上 已备有 的液压元件 。根据该实验 台现有元 件和使 用说 明书” ，液压 泵 2可选取 Y B 1 - 6 ，电液 比 例溢流 阀7的型号为 E D G I V C P N T 0 9 - 5 0 ，溢流 阀6 为 DB 1 0 - 2 - 5 0 ／ 2 0型 ，节 流 阀 3的型号 为 D VP 8 1 - 1 0 。 在液压马达 4主要参 数的确定 中，主要 涉及液压 泵 2 和电液 比例 溢 流 阀 7的部 分 参 数 。查 液 压 工 程 手 册 ，将相应主要参数分别列入表 1 ，2中。 表 1 Y B - 6液压泵主要参数 排 量／ mL r 6 ． 3 容积效率／ ％ 18 0 额定压力／ MP a 6 ． 3 总效率／ ％t6 0 转速／ r mi n 1 4 5 0 表 2 E D G- 0 1 V C P N T 0 9 5 0电液 比例 溢流 阀主 要参数 最高使用压力／ MP a 2 5 最小 流量／ L ra i n 0 ． 3 最大流量／ L - rai n 2 压力调节范围／ MP a 1 ～1 6 2液压马达的选型 液压 系统 工作 过程 中，液压 马达被 输入液 压能 ， 并 以旋转运 动向外输出机械能 转速和转 矩 ，以驱 动工作 机构 旋转 。所 以液 压马 达要 克服 的负载 是转 矩 ，主要结构 参数 是 排量 。液 压 马达 通 常 的选 型设 计 ，应该是在分析负载要求的前提下 ，在 确定液 压马 达 的类型后 ，根据确定 的液压马达的输出转矩 、工作 压力和排量等 主要设计参数 ，最终从产品样本 中选择 出液压 马达的型号。但是 ，在该系统 中，是 由已知的 动力元件 和调节元件来确定液压马达 的型号 ，所 以选 型过程 与通 常的液压 马达选型相反 ，具体应根据 向液 压马达输 入的压 力能 ，反推确定所选液压马达 的主要 设计参数和类型，继而确定所选液压马达型号等。 2 ． 1 确定液压马达主要设计参数 由于输入液压马达的是压力能 ，所以压力和流量 仍然是液压马达 的主要设计参数 。 2 ． 1 ． 1 工作压力 的确定 液压 马达 的工作压力是指马达输入油液 的实 际压 力。为保证系统元件可靠工作，同时使液压泵有较高 效率，在系统压力选择时应以保证液压泵在额定状态 下工作为基础 。由图 1 可 以看 出 液压泵 2是 系统 中 唯一 的动力元件 ，当泵的 出口压力小于溢流阀 6的调 定压力 时 ，系统压力可 以随输入 到电液 比例 溢流 阀 7 的比例 电磁 铁 Y A 的电流 的变化而 自动 调节 ；当泵 的 出 口压力大 于溢流 阀 6的调定压力时 ，溢流阀 6打开 并溢流。所以为保证系统可靠且液压泵能在总效率较 高的情况下工作，根据表 1 可将溢流阀6的调定压力 调整为液压泵的额定压力 6 ． 3 M P a ，从而初 步确定 液 压马达 的工作压力为 6 ． 3 MP a 。 2 ． 1 ． 2 流量 的确定 液压马达入 口处流 量 即为液压 马达 的实际 流量 。 由图 1 可 以看 出在系统压力小 于溢流阀 6的调定压 力 6 ． 3 M P a 时，液压泵 2输出的油液可以在保证电液 比例溢 流阀 7最小 流量 的前提 下 ，由节 流 阀 3控制 ， 全部 流人液压 马达 4 。因此 ，液压 马达 4的最 大实 际 输入流量可以 由液压 泵 2的实际输 出流量 和电液 比例 溢流阀 7的最小 流量 之差来确定 ，其 中电液 比例 溢流 阀 7的最小 流量可以 由表 2查得 ，液压泵 2在额定 状 态下的实际输出流量可以根据公式 1 计算出 q P V p n 叼 P v 1 式 中 g 为液压泵 的实际输 出流量 ； 为液压泵 的排量 ，数值见表 1 ； n为液压泵的转速 ，数值见表 1 ； 叩 为液压泵的容积效率 ，数值 见表 1 。 经 以上分析计算得 实 际输入液压 马达的流量最 大为 7 ． 0 0 8 L ／ ra i n 。 2 ． 2确定 液压 马达 类型 液压马达按额定 转速不 同 ，可分 为高速液压马达 和低速液压马达两大类。一般情况下，额定转速高于 5 0 0 r ／ m i n的属于高速液压马达 ，低于 5 0 0 r ／ m i n的属 于低速液压马达 。由以上计算 可以看出 实际输入 液压马达4的流量不算大，这通常会使液压马达4的 转速不会很高 。另外 ，从 图 1 可 以看 出 ，该 系统 是调 压 回路 ，通过系统实验主要是让学生进一步理解如何 下转第 6 1页 第 1 4期 王新民 等 一种液压缸耐久试验台的设计 6 1 2 ． 2电机 所需输入 电功率 k W 量 Q L V m i n 的关系为 差计算方法计算得 加 k g ／ c m 、流 式中7 ／ 取 8 0 ％，6 1 2为单位转换系数。 2 ． 3 导管 管路参数计算 ，在机械设计 手册 中对 于管路相关 参数的计算做 出了一般性的推荐值 ，压力油路 2 ． 5 m ／ s ≤ ≤6 m ／ s ，吸油 油路 0 ． 5 m ／ s ≤ ≤2 m ／ s ，回油 油路 1 ． 5 m ／ s ≤ ≤3 m ／ s ，短管道及局部收缩处管路5 m ／ s ≤ ≤1 0 m ／ s ，泄油管路 ≤1 m ／ s ，一般取 1 m ／ s 以下 ，压力高或者管道较短时取大值，压力低或者管 道较长时取小值，油液黏度大时取小值 ] 。 管 子内 径 d ≥ 4 ． 6 1 ／ 旦 ’ V 管子壁厚 ≥ p 2 ． 4冷 却 器 供油和加载部分由于液压泵的发热、液压阀的发 热、管路压力损失发热等其他发热，使得油液温度升 高，需加一个 冷却 系统，这里 采用板式 水冷换 热 器 。 由传热方程式 P冷 KFAt 式 中K 为 整 个 传 热 面 上 的 平 均 传 热 系 数 W／ m ℃ ； F为传热面积 m ； △ ￡ 为两种流体之 间的平均温差 o C 。 流体边界层的平均温度计算 采用对数平均温 式中 t 为被冷却液体流进板式换热器温度 ； 为冷却液体流出板式换热器温度； t 为被冷却液体流出板式换热器温度； ￡ 为冷却液体流进板式换热器温度 。 3液压缸耐久试验台的特点说明 该耐久试验 台具有 以下特点 1 节约能源。作动筒耐久试验对试件的环境 温度不做要求，对试件的介质温度有要求。通过两个 隔离式增压器把进出试件的油液隔离在温度箱，油槽 为保证介质温度所需 的热量仅是试件和增压器散发掉 的热量 。 2 使用安全。由于使用 了增压器，驱动试件 的液压油源可工 作压 力约 为 1 6 MP a ，国产高压 液压 元 件在这个压力下工作是安全的 ，同时费用 也较低 。 另外 ，直接驱动试件动作的高温、高压管路装置 安装在油槽 内，即使泄油也不会喷到工作人员。当 然 ，具体设计 时 ，也考 虑给试件 和增 压器等 高温高压 装 置加装安全罩。 参考文献 【 1 】 李玉林． 液压元件与系统设计[ M ] ． 北京 北京航空航天 大学 出版社 ， 1 9 9 1 ． 【 2 】 赵镇南． 传热学[ M] ． 北京 高等教育出版社， 2 0 0 3 ． 【 3 】 雷天觉． 液压工程手册[ M] ． 机械工业出版社 ， 1 9 9 0 ． 【 4 】 史美中， 王中铮． 热交换器原理与设计[ M] ． 南京 东南 大学 出版社 ， 2 0 0 5 ． 上接 第 5 8页 利用电液比例溢流阀进行远程调压 、无级调压，调压 结果除通过压力表 5直接看出外，还可通过观察分析 液压 马达输 出转矩和转速 的变化来理解 ，所 以为便 于 从执行元 件液压马达 的旋转情况来观察分析 压力 的变 化 ，同样也需 要选择低速液压马达 。 2 ． 3确 定 液压 马达 型 号 根据 以上 确定的液压马达工作压力 、实 际输入液 压马达的最大流量以及液压马达的类型，查机械设计 手册 ，从 相 应 产 品样 本 中选 择 出该 液 压 马 达 为 B Y M 一 8 0的摆线齿轮马达 ，其排量为 8 O m L ／ r ，转速 为 1 0～ 4 0 0 r ／ m i n ，最大 工作压 力为 1 2 MP a ，最 大转 矩为 1 0 5 N m。以上参数均符合设计要求 。 3结论 根据 Q C S 0 1 4 A液压教学实验台已有的条件进行 液压马达 的选型设计 。不 同于通常 的从负载分析入手 的选 型设计方法 ，需要通过确定 系统原理 图、根据 已 知元件的主要参数计算所需液压马达的主要设计参 数 、分析液压马达 的类型等具体步骤来确定所需液压 马达 的型号 。实践证明 以上液压马达的选 型设计 方 法既简便易行 ，又能满足设计要求 ，可广泛适用于 已 知液压系统动力元件 、控制元件 ，需要确定执行元 件 液压马达 的场合 。 参考文献 【 1 】 陕西秦川机械发展股份有限公司． Q C S 0 1 4 A装拆式液 压教学实验台使用说明书[ M] ， 2 0 0 6 ． 【 2 】雷天觉． 新编液压工程手册 上册 [ M] ． 北京 北京理 工大学 出版社 ， 1 9 9 8 ． 【 3 】姜继海， 宋锦春， 高常识． 液压与气压传动[ M] ． 北京 高 等教育出版社， 2 0 0 2 ． 【 4 】徐灏． 机械设计手册． 第五卷 流体传动与控制[ M] ． 2 版． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 3 ．