高压大流量伺服系统方案

计算 1、振动伺服油缸 1.1 最大功能曲线（见图 1） 频率 f（Hz） 位移 A（mm） 速度 v（m/s） 加速度 a(m/s2) 10 ±10 0.62 39.5 22.4 ±10 1.41 198 75 ±3 1.41 665 90 ±2.08 1.176 665 95 ±1.87 1.114 665 100 ±1.68 1.058 665 1.2 主要技术指标  最大激振力：665KN；  最大位移：±10mm  最大速度：1.41m/s  最大加速度：665m/s2  振子部分质量：1000Kg（含活塞杆、振动滑台、夹具等）；  供油压力：不小于21MPa，油泵和蓄能器联合供油，选择工作压力范围23～ 28MPa； 1.3 计算油缸面积，合理选择活塞和活塞杆尺寸 油缸最小工作面积： s max min p 22 F3A ＝ ，工作压力范围 23.5～27MPa，计算时取最低 工作压力 ps＝23.5MPa，则 2 min cm3005.2322 6653A ＝＝   ， 综合考虑标准化、密封、面积等，选取活塞直径 D＝Ф280mm，活塞杆径 d＝Ф 200mm，油缸实际工作面积 222 cm302dD4A ）＝－（＝  。 1.4 计算系统流量和阀的额定流量，合理选择伺服阀 系统最大流量 L/min2555641.1302AvQ maxmax ＝＝＝  伺服阀的空载流量 L/min312925552 3Q2 3Q maxo ＝＝＝  伺服阀在阀压降 7MPa下的额定流量 L/min170831295.23 7Qp 7Q o s n ＝＝＝  根据最大功能曲线，计算最高频率点的流量值如下： 频率（Hz） Qmax Qo Qn 75 2555 3129 1708 100 1917 2348 1281 综合考虑最大速度点和最高频率点的流量需求，选择 duo 台流量 400L/min 的 MOOG D792 三级伺服阀并联使用，满足振动系统的各个频率点工作需求。 1.5 伺服阀前吸收液压冲击用蓄能器的选择计算 该蓄能器用于吸收液压冲击的。发生液压冲击的原因是由于调节装置或阀 门的快速截止或换向，液压缸瞬时制动，工况急剧变化，使系统的压力急剧增大 所产生的冲击波所造成的。 在实际应用中，采用下面的经验公式 12 2 0 )0164.0(004.0V pp tLqp  ＝ 式中：V0，蓄能器总容积（L） L，产生冲击波的管段长度（m） Q，阀门关闭前管内流量（L/min）； t，阀门由全开到全关所持续的时间（s） p1，阀门关闭前的压力，即系统最低工作压力（MPa） p2，系统允许的最大冲击压力，一般计算时，取 12 5.1 pp  考虑将蓄能器尽量靠近伺服阀安装，取 L=m，q＝400L/min，t＝0，p1＝23MPa， p2＝24MPa，计算得 V0＝0.63L，选择 1L 的蓄能器。 2、加载伺服油缸 2.1 主要技术指标  加载力：0～735KN；  供油压力：不小于 21MPa；  油缸行程：1000mm；  工作行程：50mm；  油缸空载速度：1m/min；油缸工作峰值速度：10m/min； 2.2 计算油缸面积，合理选择活塞和活塞杆尺寸 油缸最小工作面积： s max min p 22 F3A ＝ ，工作压力范围 21～25MPa，计算时取最低工 作压力 ps＝21MPa，则 2 min cm3712122 7353A ＝＝   ， 根据工作特点，油缸设计为单杆缸，压力油通无杆腔时输出最大加载力，所以活 塞直径 2min cm7.2137144AD   ＝ ，活塞直径圆整并标准化，取 D=Ф220mm， 则 2380cmA  。 综合考虑活塞杆强度、稳定型、标准化和密封等，选取活塞杆径 d＝Ф190mm。 2.3计算系统流量和阀的额定流量，合理选择伺服阀 系统最大流量 L/min380m/min10cm380AvQ 2maxmax ＝＝＝  伺服阀的空载流量 L/min4653802 3Q2 3Q maxo ＝＝＝  伺服阀在阀压降 7MPa下的额定流量 L/min26946521 7Qp 7Q o s n ＝＝＝  选择五 1台流量 400L/min 的 MOOG D792 三级伺服阀。 3、夹具夹紧液压系统 3.1 主要技术指标 数 量 推力 （T） 拉力 （T） 行程 （mm） 速度 （mm/min） 压力 （MPa） 备注 振动滑台缸 2 15 15 30 500 0～21 无中位 加载滑台缸 2 15 15 30 500 0～21 无中位 数 量 缸径 （mm） 杆径 （mm） 行程 （mm） 速度 （mm/min） 压力 （MPa） 备注 内部拉紧 缸 （招标方 提供） 1 190 140 30 50～500 0～21 中位 停止 外部压紧 缸 1 160 90 100 50～500 0～21 中位 停止 支撑缸 1 40 22 120 500 0～21 无中 位 3.2 计算油缸面积和所需流量 3.2.1 振动滑台缸和加载滑台缸，共 4个 油缸最小工作面积 2min 7121 15 cmMPa KN p FA  ，选择活塞直径 D=Ф160mm，d=Ф 125mm，则 278cmA  。 所需最大流量 min/9.3min/50078cmAVQ 2 Lmm  3.2.2 内部拉紧缸 面积 222 130)1419(4A cm  流量 min/5.6min/500*130 2 LmmcmQ  3.2.3 外部拉紧缸（单杆缸） 面积 22 201164A cm  流量 min/1.10min/500*201 2 LmmcmQ  3.2.4 支撑缸（单杆缸） 面积 22 6.1244A cm  流量 min/63.0min/500*6.12 2 LmmcmQ  4、油源 为提高系统工作精度，减少不必要的干扰，油源设计为一个油箱，振动、加 载、夹具三路独立供油与调节。油源主要由振动系统供油、加载系统供油、夹具 系统供油、冷却循环系统和油箱及管路附件五部分组成。 根据要求，油源总功率不大于 500KW，由于振动和加载油缸不是同时工 作在最大功率点，所以振动系统供油功率按 450KW 设计，加载系统供油功率暂 定按 50KW 设计。这样，系统需要的功率大于电机的额定功率，所以，振动和 加载供油采用电机泵机组和蓄能器联合供油的方式。 4.1 振动系统供油的设计计算 4.1.1 电机泵机组的选择 按照最大工作压力 27MPa，选择 4台 160 rpm 变量泵（其中一台为恒压变量泵， 用于间隙工作时蓄能器保压），4台 110KW 电机；电机泵机组可以提供的最大流 量 Q1＝900L/min。 4.1.2 蓄能器组的选择 4.1.2.1计算蓄能器的补油容积 振动缸作正弦运动，运动曲线如图 2，在 1/4周期内，油源供油容积ΔV1＋ΔV2， 蓄能器需补油的容积为ΔV3，计算出ΔV3，反算蓄能器。 ft2sinQQ mt ＝ 1m1 ft2sinQQ ＝ m 1 1 Q Qft2sin ＝  211 ft2sin1ft2cos  －＝ m 1 1 Q Qarcsinft2 ＝ f2 Q Qarcsin t m 1 1 ＝ 图 2 正弦曲线  1m t 0 1m1 ft2cos1f2 Qft2sinQV 1  －＝＝    112 t4f 1QV －＝ 1/4周期的容积 f2 QV m 4 T ＝ 21 4 T3 VVVV  －－＝ 考虑伺服阀先导阀的供油量为 55L/min，系统需要的 L/min2610552555Qm ＝＋＝ ， 泵的最大供油量 L/min900Q1＝ ，根据以上公式，计算蓄能器的补油量 f2 Q5185.0V m3 ＝ 最长工作时间 20s，蓄能器的补油容积： L28760f2 26105185.0f204f2 Q5185.0f204Vf204V m3 ＝＝＝＝   4.1.2.2 计算所需蓄能器的容量，并选择蓄能器 蓄能器瞬时补油速度很快，为绝热过程，蓄能器的容量由下式计算：              1p p p p VV 7143.0 1 2 7143.0 2 0 － ＝ 式中：V蓄能器的容量 ΔV＝287 L，蓄能器的补油量 P2 ＝27 MPa，蓄能器最高工作压力 P1 ＝23.5 MPa，蓄能器最低工作压力 P0 ＝21 MPa，蓄能器充气压力，一般为 0.9P1 工作温度 15℃～45℃ 考虑温度变化，15℃时预充气压力 MPa1927345 273152115Po ＝＋ ＋）＝（  计算得 L3294V＝ 需要多个蓄能器并联供油，考虑多个蓄能器的频响差异，预留 9％的余量，设计 由 36 个 100L 的蓄能器并联供油。 4.2 加载系统供油的设计计算 4.2.1电机泵机组的选择 按照最大工作压力 25 MPa，选择 1台 78 rpm 变量泵，1台 55KW 电机；电机泵 机组可以提供的最大流量 Q1＝110L/min。 4.2.2蓄能器组的选择 4.2.2.1计算蓄能器的补油容积 加载油缸的运动周期曲线如图 3，利用蓄能器间隙充油、工作瞬时补油的特点， 设计使 V1≥ΔV，可以满足加载油缸的技术要求。蓄能器需补油的容积为ΔV， 计算出ΔV，反算蓄能器的容积。 根据图 3，要求 21m101 tQQtQQ  ）－（）－（ ， 式中， L/min481038Q 0 ＝＋＝ ，为加载油缸最低速度下需要的Δ流量，10L/min 为先导阀所需流量； L/min110Q1＝ ，泵机组的最大供油流量； mQ ，为加载油缸高速下需要的流量； s57t1＝ 速度 m/min 3 4 5 6 7 8 9 10 流 量 Qm （L/min） 124 162 200 238 276 314 352 390 Δt2（s） 1 0.75 0.6 0.5 0.43 0.375 0.33 0.3 ΔV（L） 0.23 0.65 0.9 1.07 1.19 1.275 1.33 1.4 计算后，各个速度点都满足蓄能器补油的条件，且在最大速度点需要的补油量最 大，按照ΔV＝1.4L，计算蓄能器的容积。 4.2.2.2 计算所需蓄能器的容量，并选择蓄能器 蓄能器瞬时补油速度很快，为绝热过程，蓄能器的容量由下式计算：              1p p p p VV 7143.0 1 2 7143.0 2 0 － ＝ 式中：V蓄能器的容量 ΔV＝1.4 L，蓄能器的补油量 P2 ＝25 MPa，蓄能器最高工作压力 P1 ＝21 MPa，蓄能器最低工作压力 P0 ＝19 MPa，蓄能器充气压力，一般为 0.9P1 工作温度 15℃～45℃ 考虑温度变化，15℃时预充气压力 MPa2.1727345 273151915Po ＝＋ ＋）＝（  计算得 L8.12V＝ 设计选择 1个 20L 的蓄能器补油。