对水胀成形方法液压系统的节能分析.pdf

液 压 气 动 与 - ff ／ 2 0 1 4年 第 O 3期 d o i l 0 ． 3 9 6 9 ． is s n ． 1 0 0 8 - 0 8 1 3 ．2 0 1 4 ．0 3 ． 0 1 2 对水胀成形方法液压系统的节能分析 赵 杰 海瑞克 广州 隧道设备有限公司， 广东 广州5 1 0 7 6 0 摘 要 水胀成形液压系统被应用 在水 胀成形的加工过程 中， 存在一些能量损失 ， 为 了较好地进行能量 回收 并加 以利用 ， 该文对此 系 统进行 了相应的功耗分析并提出了能量回收利 用方法 ， 在理论方面提高了能量 利用 率。 关键词 能量回收 ； 水胀成形 ； 功耗分析 中图分类号 T H1 3 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 4 0 3 0 0 3 6 0 3 S a v i n g En e r g y An a l y s i s f o r W a t e r Bu l g e F o r mi n g M e t h od Hy d r a u l i c S y s t e m Z HA0 J ／ e H e r r e n k n e e h t G u a n g z h o u T u n n e l l i n g E q u i p me n t C o ． ， L t d ． ，G u a n g z h o u 5 1 0 7 6 0 ， C h i n a Ab s t r a c t W a t e r i n fl a t i o n mo l d i n g h y d r a u l i c s y s t e ms a r e u s e d i n t h e p r o c e s s i n g o f w a t e r i n fla t i o n mo l d i n g p r o c e s s ， t h e r e i s s o me e n e r g y l o s s ， I n o r d e r t o C a t T y o u t e n e r gy r e c o v e r y a n d ma k e u s e o f ， T h i s s y s t e m w a s a p p rop r i a t e f o r t h i s p o we r a n a l y s i s a n d p r o p o s e d e n e r g y r e c y c l i n g me t h o d s ，i mp r o v e e n e r gy e f fi c i e n c y o n t h e t h e o r e t i c a l s i d e ． Ke y wo r d s e n e r g y r e c o v e r y ； wa t e r b u l g e f o r mi n g ； p o w e r c o n s u mp t i o n a n a l y s i s O 静密封 的概述 液压胀形是通过模 具采用液体 水 、 乳化液或油 作为传力介质使空心件或管状坯料 由内向外扩张的在 无摩擦状态下的成形方法 ． 以胀出所需 的凸起曲面 。近 些年来 ．国外已广泛应用充液拉深法对板材零件进行 成形加工 ．这种工艺方法综合了胀形与拉深两种变形 方式 ． 可以成形非常复杂的中小批量板材零件 。 1 液压胀形 工作 原理 图[2 ] 液压胀形工作原理图如图 1 所示 。 2 液压系统[7 1 的主要计算 中间液压缸 ． 或称为主液压缸 ， 在加工过程中要完 成工进 ， 保压和快退 。由主液压缸 的公称压力 l O 0 0 k N 选择液压缸活塞杆和缸体 内径分别为 d 2 4 0 ra m， D 2 5 0 mm 主缸行程设定为 9 0 0 mm．其 中快速下行为 2 s ， 速度 为 3 0 0 mm ／ s ； 工进合模 为 l O s ， 速度为 3 0 min i s ； 回程为 3 s 。 速度为 3 0 0 m m ／ s 。 1 进出液压缸流量[ 1 ] 计算 由 q v A和一 q d l一 得 假设 q 为输入流量 ， q 为 收稿 日期 2 0 1 3 - 0 8 1 3 作者简介 赵杰 1 9 8 4 一 ， 女 ， 山东 高密人 ， 工 程师 ， 硕士 ， 主要从 事液压 系 统方 面的研 发与设计 。 3 6 l 1 一 油箱2 ． 1 6 一 空气滤清器3 一 液位油温计4 一 滤油器5 一 电动机 6 一 柱塞泵7 一 冷却器8 一电磁溢流阀9 ， 1 4 一 压力表 1 O 一 电磁换向阀 l 1 一 二位四通换向阀 1 2 一 单 向阀 1 3 一 压力继 电器 1 5 一 电磁球 阀 l 8 一 液控单向阀1 9 一 单 向顺序阀1 7 一 充液箱 ； 图 1 液压胀 形工作原理囤 排出流量 ． A为有效面积 液压缸快进时两侧缸输人流量和排 出流量分别为 口 l l 3 0 0 mn g s X r i X 2 m m 2 5 6 ．1 1 L ／ mi n 1 Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e a l s ／ No ． 0 3 ． 2 01 4 g A 2 5 6 ． 1 1 L ／ m i n 3 3 ． 4 9 L ／ m i n 2 “ 1 bj 工进时主缸输入流量和排出流量分别为 1A 1 3 0 m m ／ s x 1 T 2 mm 2 8 8 ．3 L ／ m i n 3 g A 2 8 8 ． 3 之 in 6 ．9 2 1d m in 4 1 2 U 快退时主缸输入流量和排出流量分别为 g 1 l， IA 1 3 0 0 m m ／ s x r r x 一 2 5 0 - 2 4 0 一 m m 2 6 9 ．2 L ／ mi n 5 g 2 q。 A 2 6 9 ． 2 x L ／ m i n 8 8 2 ． 6 5 L ／ mi n 6 A 1 2 5 0- 2 4 0 2 液压缸推力计算 P o p z q 2 F v 8 O k Nx 3 O m r r d s 2 ． 4 k W 1 3 由于泵 的总效率为 r ／ m r ／ 9 5 ％x 9 2 ％ 8 7 ． 4 ％ 1 4 则泵的总输人功率为 只 盟3 2 MP a x 6 3 x 1 5 0 0 mL一 ／ mi n 5 7 ． 6 7 k W 1 5 ～ 。 8 7． 4％ 。 ～ 选 择 的变 量 泵 的型号 是 6 3 P C Y1 4 1 B 3 ． 2液压 系统 的功 耗 分析 1 水胀成形 回路效率 由于工进 时进油腔压力为 1 ． 7 MP a ．则柱塞泵的输 出压力 ， 需要考 虑换 向阀 1 1 ， 单 向阀 1 2的泄漏 如 图 1 ， 即 p s 1 ． 7 a p 1 9 a p 2 o 1 ． 7 0 ． 3 0 ． 1 2 ． 1 MP a 1 6 由于输出功率为 ， 输人功率为p s Q ， 则胀形回路 在快速 F 行 的过程中， 由两侧缸带动 ， 主缸负载有 效率为 7 - 自负 主 80渡k N 一sI- 者 。 ％ 进 时 ，接 触 到 件 ，负 载 慢 慢 增 加 ，最 大 达 到 ，保 p 一 p 。 p ～ ⋯ 。 压过程假定负载不变 ， 当快退时 ， 主缸负载和快速下行8 0 1 0 。 nn 时一样 ， 仅有重力。 一2 ． 1 1 O 2 50 2 1 0一 由于推力与负载值 的关系知 快进和快退时负载 4 为 4 0 k N． 工 进 时 负 载 为 8 0 k N 掖 J土缸 机 械 双 翠 r ／ m 0 ． 9 0 ～0 ． 9 7 ， 取 0 ． 9 5 。 快进时活塞杆推力为 F 1 k N 4 2 ．1 k N 7 工进时活塞杆推力为 k N 8 4 ． 2 k N 8 快 退 时 活 塞 杆 推 力 为 鲁 k N 4 2 ．1k N 9 3 液压缸进油腔压力计算 。 苎 孝 力 平 衡 方 程 吾 - A z 由 于 P 较小可忽略不计 知 快进时进油腔压力为 4 0 k N P a 1 0 工进 时 进油 腔压 力 为 p 8 0 k N 7 M 1 1 快退时进油腔压力为 4 0 k N MP a 1 2 3 水胀成形液压系统相关计算及功耗分析 3 ． 1 液压 系统功率计算 工进 时 液 压缸 的有 效功 率 为 ． 7 7 ． 6 ％ 1 7 2 电机驱动功率 由电动机功率计算公式 P p Q J 6 O r l 1 8 式 中 p 泵 的输 出压力 ， MP a ； p 泵的输 出流量 ， L ／ mi n ； 卵 主要是 电动机 的效率 ， 根据情况可以作适 当的调整 7 ／ 0 ． 8 ～ 0 ． 9 。 取 O ． 8 5 。 和公式 1 ， 3 ， 5 ， 1 0 ， 1 1 ， 1 2 得水胀成形 回路各个工作 阶段的电动机驱动功率 快进时电动机驱动功率为 P 1 k w 1 4 ． 8 5 k W 1 9 。 j ； i K 。 ‘ 工进时电动机驱动功率为 等k W _ 2 ．9 4 k W 2 0 快退时电动机驱动功率为 k W_ 1 4 ． 9 3 k W 2 1 所 以在选择 电动机额定功率时要大于快退时的电 机驱动功率 4 能量循环利用回路 此胀形 回路 中的主缸要完成快进过程 ， 工进过程 ， 带动工作 台下降 。 在下 降过程中 ， 工作 台的势能释放出 来 。 转换成压力能 。 蓄能器网 将压力能吸收 ， 储存能量 ； 当主缸带动工作台快退时 即工作 台上升 ， 液压泵 直 7