液壓系統工況分析2——動態分析

在確定液壓系統的設計要求后，應對主機進行工況分析，包括運動分析和動態分析。對于復雜系統，應編制負荷和動作循環圖，以了解液壓缸或液壓馬達的負荷和速度隨時間變化的規律。運動學分析已經在前一章中描述過了。現在液壓馬達工程師給大家講講工況分析中動態分析的具體內容。

動態分析是研究機器執行機構在工作過程中的應力。對于液壓系統，是研究液壓缸或液壓馬達的負載。

1.液壓缸負載力的計算；

工作機構直線往復運動時液壓缸必須克服的載荷由六部分組成：F=Fc Ff Fi FG Fm Fb。

其中：Fc為切割阻力；Ff為摩擦阻力；Fi是慣性阻力；FG是重力；Fm為密封電阻；Fb是排油阻力。

(1)切削阻力Fc是液壓缸運動方向上的工作阻力，是機床用工作部件沿運動方向的切削力。如果這個力的方向與致動器的移動方向相反是正的，則兩個方向都是負的。力可以是恒定的，也可以是可變的，其值應根據具體情況計算或通過實驗確定。

摩擦阻力Ff是液壓缸驅動運動部件的摩擦阻力，與導軌的形狀、放置和運動狀態有關，其計算方法可在相關設計手冊中找到。

兩種最常見導軌形式的摩擦阻力為：

A.平導軌：Ff=fFn。

B.v型導軌：Ff=fFn/[sin(/2)]。

其中，f為摩擦系數；Fn為作用在導軌上的總正壓或沿V形導軌橫截面中心線的總作用力；為V形角，一般為90。

慣性阻力Fi是啟動和制動時運動部件的慣性力。

重力FG是指垂直傾斜放置的運動部件，自身重量也成為一種載荷。向上移動時，負載為正，向下移動時，負載為負。

密封阻力Fm是指帶有密封裝置的零件在相對運動時的摩擦力，其值與密封裝置的類型、液壓缸的制造質量以及油液的工作壓力有關。在最初的計算中，可以根據氣缸的機械效率來考慮(m=0.9)；檢查時，應根據密封裝置摩擦力的計算公式進行計算。

排油阻力Fb:排油阻力是液壓缸回油通路上的阻力，與調速方案、系統要求的穩定性、執行機構等因素有關。系統方案未定時無法計算，可在液壓缸的設計計算中考慮。

2.液壓缸運動周期各階段的總負載力。

液壓缸運動周期各階段總載荷力的計算一般包括起步加速、快進、工作前進、快退、減速制動等幾個階段。每個階段的總載荷力是不同的。

啟動加速階段：此時液壓缸或活塞從靜止到啟動都處于一定速度，其總載荷力包括導軌摩擦力、密封裝置摩擦力(按液壓缸機械效率m=0.9計算)、重力和慣性力，即f=fffi FGFM FB。

快進階段：f=ff fg FM FB。

進展階段：f=ff fc fg FM FB。

減速階段：f=ff fg-fi FM FB。

對于簡單的液壓系統，上述計算過程可以簡化。例如，如果使用單個恒定泵供油，只需計算工作階段的總負載力。如果簡單系統使用限壓變量泵或雙泵供油，只需計算快速階段和工作階段的總負載力。

3.液壓缸負載循環圖。

對于復雜的液壓系統，為了更清楚地了解系統中各液壓缸(或液壓馬達)的速度和負載變化規律，液壓系統的負載時間(f-t)或負載位移(f-l)圖