液压气动与密封/2010年第2期
斜盘型轴向柱塞马达柱塞受力分析
石金艳 谢永超
(湖南铁道职业技术学院,湖南株洲 412001)
摘
要:液压马达作为液压控制系统主要输出执行元件之一,它的性能对整个系统的性能有着重要的影响,因此对它的性能分析有着重要的意义。柱塞副是轴向柱塞马达中关键的摩擦副之一,该文对斜盘型轴向柱塞马达的柱塞副进行了受力分析。文中建立了柱塞副在不同转角位置时受力分析的数学模型,并针对某一马达进行实例分析,为柱塞副结构优化设计提供了参考。关键词:柱塞副;受力分析;[PV]值中图分类号:TH13715
文献标识码:A
文章编号:1008-0813(2010)02-0036-03
Forcesanalysisofpistoncoupleinswash-plateaxialpistonmotor
SHI
Jin-yan
XIE
Yong-chao
(HunanRailwayProfessionalTechnologyCollege,ZhuZhou
Abstract:Hydraulicmotorisanimportanthydrauliccomponentinhydrauliccontrolsystem,
412001,China)
sotheanalysisofitsperformanceisvery
mportant.Thepistoncoupleisoneofthemostiimportantfrictionalpairsinaxialpistonmotor,thispaperstudiestheforcesonthepistoncoupleofswash-plateaxialpistonmotor.Itdeducesthemathematicalmodelofforcesanalysisinarbitraryphaseofthecylinder,andtheforcesofatypeofaxialpistonmotorareanalyzed.Anditgivessuggestionsforstructureoptimaldesignofpistoncouple.KeyWords:pistoncouple;forcesanalysis;thevalueof[PV]
0前言
当前液压技术正向高速、高压、大功率、高效、
值,
否则设计是不合理的。
低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展。随着轴
向柱塞马达向高速、高压、大流量方向发展,轴向柱塞马达中的摩擦副粘着磨损和烧伤现象日渐严重。柱塞与缸孔之间的柱塞副是轴向柱塞马达的一组关键摩擦副,柱塞与缸孔之间既要密封良好,又要运动灵活,其工作性能会直接影响马达的容积效率和磨损
[1-4]
状况。柱塞副受力分析是柱塞副结构优化设计的基础。为了正确选择柱塞副的材料,就必须了解柱塞的受力、承受的最大[PV]值和承受的最大压力的部位,所以需要对柱塞进行受力分析。计算[PV]值对于柱塞缸体摩擦副的选材来说,是非常重要的。计算出来的[PV]值必须小于选用材料的许用比功[PV]
收稿日期:
2009-05-19
[5]
图1 柱塞受力分析示意图
1柱塞受力分析的数学建模
上图1为柱塞的受力分析示意图,图中R1、R2为
缸体对柱塞的侧压力,Rp为高压油对柱塞的作用力,其值为Fp=4性模量很大,受力产生的弹性变形很小,可以忽略不计。缸孔因弹性变形所产生的分布应力R1和R2的长度设为l1和l2,其合力为R1和R2。F1、F2是侧压力
[J].中国机械工程,2008,3(5):563~565.
[7] R.Serrato,M.M.Maru,L.R.PadoveseEffectoflubricant
viscositygradeonmechanicalvibrationofrollerbearings[J].TribologyInternationa,l2007,(40):1270~1275.
[8] ErikHoglund.Influenceoflubricantpropertiesonelastohydro2
dynamiclubrication[J].Wear,1999,(232):176-184.
2
作者简介:石金艳(1983-),女,湖南邵阳人,硕士,现任教于湖南铁道职业技术学院机电系。
[4] 值模拟和泄漏量研究[J].湖南电力,2007,3(27):1~5.[4] 钟洪,张冠坤.液体静压动静压轴承设计使用手册[M].电
子工业出版社.2007,9.
[5] 陈皓生,陈大融,汪家道,李永健.粗糙表面滑动轴承非牛
顿介质润滑的计算[J].摩擦学学报,2005,11:559~563.[6] 张艳芹,邵俊鹏,倪世钱.大尺寸静压轴承温度场数值模拟
36
HydraulicsPneumatics&Seals/No1212010
R1、R2所产生的摩擦力,W为滑靴对柱塞的作用力,
为了简化计算忽略质量力等小量。
如图1所示根据x,y方向的受力平衡可得:x方向:y方向:
WcosA-f(R1+R2)-Fp=0
WsinA-R1+R2=0l0
-3
l2-fR1+fR2=0
223
(1)
(2)
l=l1+l2
根据应力三角形相似原理有
R1l1
=R2l2
式中
f)))缸孔相对柱塞的摩擦系数;
l0)))柱塞的最小留缸长度;l)))柱塞在缸体中的含接长度。l随时间的变化规律为:
(87bFUF180b)
2
(4)
(5)
列出力矩平衡方程为:R1L-l0+
L-(3)
l=01043 (0FUF87b)l=01043-R[cos(87/180
@P)-cos(-U)]tanA
式中
d)))柱塞直径;R)))柱塞分布圆半径;A)))斜盘倾角;U)))缸体转角;
L)))回转马达柱塞的几何长度。
由以上式(1)至式(5)可以推出:R1=kFpsinA/[(k-1)(cosA-fNsinA)]R2=ksinA/[(k-1)(cosA-fNsinA)]W=Fp/(cosA-fNsinA)
l1=l(6L-2l-3fd)/6(2L-l-fd)l2=l(6L-4l-3fd)/6(2L-l-fd)其中 k=
l2
2
1/l2=L-l23-fd2L-l+l1d3-f2
,N=(k+1)/(k-1)
2柱塞受力分析的仿真
根据上面建立的数学模型以及表1给出某型号轴
向柱塞马达计算的具体数值,利用MATLAB来求解上述方程,并得出R1和R2随缸体转角的变化曲线,如图2所示。
表1柱塞副的有关参数表
dRAp
sfLn25mm
45mm
16b
3214MPa
0114
57mm
1800r/min
图2
缸体对柱塞的作用力
由图2可知,柱塞受力的最大值为14442N,R1的值明显大于R2,即柱塞前端受力要远比后端大,且
最大受力在缸体的下死点。柱塞所受比压为:
[p1]=2R1/(l1d);[p2]=2R2/(l2d)利用MATLAB可以求出[p1]、[p2]=2R2/(l1d)的变化曲线,如下图3所示。
图3 柱塞所受比压变化曲线
由图3可知柱塞所承受最大比压值为59143MPa,
且柱塞前端承受的比压[p1]大于后端承受的比压[p2],所以柱塞的前端部位比后端部位更容易磨损。柱塞前后端承受的[pV]值分别为:[p1V1];其中2R1/(l1d);[p2V2]
=2R2V/(l2d);其中V=
2PnRtanAsinU/60。
同样运用MATLAB可以得出柱塞承受[pV]值变化曲线,如下图4所示。
从图4可以清楚地看出,柱塞前端所承受的[pV]值要大于柱塞后端承受的[pV]值,但是最大[pV]值发生的位置并不在柱塞作用力最大缸体的下死点的位置,而是在缸体从上死点转动大约114度左右的位置,并且最大[pV]值为9218MPa#m/s。
3
结论
该文对斜盘型轴向柱塞马达的柱塞进行了受力分
析,建立了柱塞的受力分析数学模型,并对柱塞与缸
37
液压气动与密封/2010年第2期
高低压共用式气罐的实验研究
石 岩 廖平平 蔡茂林
(北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院,北京100191)
摘 要:采用高低压分压供气的方式是气动系统节能的重要途径之一。高低压共用式气罐有效的解决了由于分压供气带来的多个气罐体积庞大、使用不便等问题。经过实验验证,高低压共用式气罐能够很好的降低管路压力波动,其效果优于低压管路串联气罐的情况,为气动系统的节能设计提供了参考。关键词:气动系统;分压供气;节能技术;共用式气罐中图分类号:TH138
文献标识码:A
文章编号:1008-0813(2010)02-0038-03
ExperimentalStudyonSharedAirTankforPneumaticSystemswithDifferentPressure
SHI
Yan
LIAO
Ping-ping
CAI
Mao-lin
(SchoolofAutomationScienceandElectricalEngineering,BeihangUniversity,Beijing100191,China)
Abstract:Applymethodofsupplyingcompressedairwithdifferentpressureisoneofimportantmeansofenergy-savinginpneumaticsystem。Sharedairtankforpneumaticsystemswithdifferentpressuresolvedtheproblemeffectivelycausedbysupplyingcompressedairwithdifferentpressurewhichbringsproblemsoflargesizeandinconveniencetouse。Itistestedandverifiedbyexperimentthatsharedairtankforpneumaticsystemswithdifferentpressurecanreducepressurefluctuationofpipelineandhaveabettereffectthanthatoflowpressurepipelineconnectairtank,whichwillgivereferencetoenergy-savingdesigninpneumaticsystem。
KeyWords:pneumaticsystem;supplyingcompressedairwithdifferentpressure;sharedairtankforpneumaticsystems
0 引言
气动系统由于成本低、无污染、易维护等优点在工业自动化中得到了广泛的应用
[1]
用分压供气方式,其目的主要是将不需要高压气体的气动设备分离出来,用低压气源对其供气,以达到节
[2]
能的目的。
气罐作为气源设备的重要组成部分,其主要作用有:¹降低压力脉动,持续供给足够的空气量;º分离压缩空气中的水分和油分;»贮存一定量压缩空气,解决短时间内用气量大于空气压缩机输出气量的矛盾。当一个耗气单元需要不同压力的空气时,采用分压供气的节能技术,则需要多个气罐来储存一定量的空气,降低压力脉动。由于多个气罐体积庞大,使用不便,
严重地制约了该气动系统节能技术的磨损。
参 考 文 献
[1] 李壮云,等.液压元件与系统[M].北京:机械工业出版
社,2005.
[2] 许耀铭.轴向柱塞泵柱塞副设计的几个问题[J].机床与
液压,1982.
[3] 朱维兵,张姚文.柱塞泵柱塞密封摩擦副润滑状态分析
[J].四川工业学院学报,2004.
[4] 郭卫东,王占林.轴向柱塞泵柱塞腔中油液压力的分析研
图4 柱塞承受[pV]值变化曲线
究[J].机床与液压,1996.
[5] 李寿刚.液压传动[M].北京:北京理工大学出版社
[M],1994.
[3-4]
。但是,在大力倡
导节能环保的今天,气动系统效率偏低、能量浪费严
重等问题逐渐引起人们的关注,气动系统的节能在我国已成为一项重要的节能减排课题。气动系统节能改造中,常根据气动系统所需压力分别进行供气,即采
收稿日期::统的节能。
2009-07-23
作者简介:石岩(1981-),男,博士研究生,主要研究方向为气动系
孔之间的接触力、接触比压和[pV]值进行了分析,得出以下结论:柱塞前端受力、承受比压和[pV]值要远比后端大,柱塞的前端部位比后端部位更容易38