负载敏感（精选4篇）
负载敏感 篇1
负载敏感变量泵(或称功率适应泵)以其优异的节能特点,受到了工程机械业内人士的广泛关注。力士乐A11VODRS型负载敏感变量泵是应用较为广泛的负载敏感变量泵。在分析该泵工作原理基础上,我们运用IMAGINE公司开发的AMESim软件,对该类泵的节能性能和负载反应的灵敏度进行动态特性分析。
1. 工作原理
力士乐A11VODRS型负载敏感变量泵控制原理如图1所示,其主要由变量泵1、负载敏感阀2、压力切断阀3、变量活塞4和节流阀5等组成。变量泵1是一种压差控制型负载敏感流量调节泵,通过改变可变节流阀5节流口的开度,从而改变可变节流阀5进、出口的压差,可控制变量泵1的流量。
在负载压力恒定时,将可变节流阀5的节流口开度增大(进、出口压差降低),将使变量泵1出口压力P降低。此时负载敏感阀2两端力的平衡被打破,即作用在负载敏感阀2上负载敏感压力PL与弹簧弹力之和大于泵出口压力P,负载敏感阀2工作于右位,变量活塞4的负载敏感腔(右腔)的油液通过负载敏感阀2流出,变量泵1的排量增大。直到作用在负载敏感阀2两端的力(即负载敏感压力PL和弹簧力之和与变量泵1出口压力P)平衡为止,负载敏感活塞4才停止动作,反之亦然。
1.变量泵2.负载敏感阀3.压力切断阀4.变量活塞5.可变节流阀
在变量泵1出口压力P超过其设定值时,压力切断阀3工作于左位,变量泵1输出的流量降到最小值。
工程机械液压系统中,设计人员常将可变节流阀替换成操纵工作装置的换向阀。通过改变换向阀的开度,调节负载敏感变量泵输出的流量,即可调节工作装置的作业速度。
2. 动态特性分析
采用IMAGINE公司开发的AMESim软件,可对负载敏感变量泵进行定量的动态分析。具体方法如下:首先,将力士乐A11 VODRS型负载敏感变量泵的结构参数输入AMESim软件;其次,将变量泵排量设为40mL/r,原动机转速设为1900r/min,可变节流阀阀口最大直径设为6mm;最后,根据这些参数建立泵的仿真模型,进行仿真分析。
仿真分析设计2种工况:一是负载压力变化工况,二是阀口开度变化工况。第一种工况是将可变节流阀阀口开度固定,将负载压力逐渐增加,以模拟工程机械的工作装置作业受阻时的工况。第二种工况是负载压力不变,改变节流阀阀口开度,以模拟工程机械的换向阀逐渐打开和逐渐关闭的工况。
(1)负载压力变化工况
将可变节流阀阀口开度设为最大,其仿真设定如下:在0～5s时,负载压力信号从0增大至21.0MPa,并保持1s不变;在6s时刻,负载压力增大至22.5MPa,并保持1s;在7～9s时,负载压力信号从22.5MPa增大至28.5 MPa,然后保持1s。
负载压力与变量泵出口压力变化的仿真结果如图2所示,图中实线为负载压力,虚线为变量泵出口压力。从图2可以看出,可变节流阀阀口前、后的压差开始时有个调整过程,在负载压力突变时稍有波动,在负载压力连续变化的整个过程中,压差基本恒定为2.1MPa。在7～9s时,由于压力切断阀的切断作用,压力并没有上升至28.5 MPa,而是保持在27.5 MPa。
图3为变量泵出口的流量曲线和负载流量曲线对比图。图3中实线为变量泵的输出流量,虚线为负载流量。从该图中可以看出,变量泵初始位置排量最大,随着原动机的启动,变量泵的排量迅速减小,逐渐与负载流量相匹配。在负载压力的变化过程中,变量泵输出的流量保持恒定。在6s时刻,由于负载压力突然增大,负载流量迅速减小,然后迅速恢复。在7.95s时刻,由于变量泵的出口压力达到了压力切断阀的设定压力,变量泵的输出流量迅速减小直至为零。泵的输出流量之所以一直略大于负载流量,主要是因为泵要提供变量机构控制用油。
(2)阀口开度变化工况
设定开始0～1s内,可变节流阀阀口在20%的开度维持不变。在1～5s阶段,可变节流阀阀口开度从20%均匀增大至80%。在5s时刻,可变节流阀阀口开度突然变至最大,并维持1s。6～9s阶段,可变节流阀阀口开度均匀减小至完全关闭。9～10s阶段,可变节流阀阀口保持关闭状态。
可变节流阀进、出口压差变化的仿真结果如图4a所示。从图中可以看出,开始时由于变量泵调节排量,压差产生一定波动。在5～6s内,压差出现了微小的下降,在9～10s阶段,可变节流阀阀口关闭时,变量泵仍旧维持一定的压力,这就是所谓的“低压待命状态”。从总体看:在可变节流阀阀口开度变化的过程中,可变节流阀进、出口压差基本恒定,压差约为2MPa。
变量泵流量变化的仿真结果如图4b所示。从图中可以看出,在开始时为适应负载需求,变量泵的排量急剧减小。在5～6s内,变量泵的流量达到了最大值。在9～10s阶段,可变节流阀阀口关闭时,变量泵仍有一定的微小流量,即维持“低压待命状态”下的流量。从总体看:变量泵输出的流量随阀口开度的变化而变化。
3. 结论
由上述仿真结果可以看出,力士乐A11 VODRS型负载敏感泵具有4个特点:一是能够迅速对负载做出反应。二是当负载压力高于系统设定压力时,能够将输出流量调至极小;当系统压力极低时,系统处于“低压待命状态”以减小能量损失。三是可变节流阀进、出口压差基本恒定,且压差不大。四是流量能随可变节流阀阀口开度变化而变化。
负载敏感 篇2
负载敏感多路阀原理如图1所示。主阀芯1是一个液控或电控的比例方向节流阀,二通压力补偿阀2是一个定差减压阀,这样二者便组成了我们通常所说的调速阀。负载敏感多路阀可使多个执行元件在不同速度和压力下同时独立工作,还可以使负载的运动速度不受压力影响,只与阀口开度相关。
在实际应用中,负载敏感多路阀可以多联组合使用,系统原理比较复杂。为便于描述,本文以双联多路阀为例说明其工作原理,其中1个用结构简图表示,另1个为职能符号,如图2所示。
泵的供油压力Pp经过二通压力补偿阀3的节流口X后,压力降为P1,然后再经过节流阀2,压力降为P2。同时,压力P1作用于二通压力补偿阀的阀芯右腔,压力P2作用于阀芯的左腔,这样阀芯在向右的液压力F1、弹簧力Fs和向左的液压力F1共同作用下,处于某一平衡位置。其阀芯压力差计算如下:
1.主阀芯2.二通压力补偿阀
式中:
A——阀芯面积,且左右相等
因弹簧刚度较低,且在实际工作过程中阀芯的位移导致的弹簧变形量较小,故弹簧力FS基本不变,即△P约等于常数。如果负载压力P2变大,阀芯因失衡而右移,阀口X变大,减压作用减小,P1随之增大,又将阀芯向左推移,直至达到新的平衡位置。若P2增加,P1也增加,其压力差△P基本保持不变,反之亦然。
由此可见,二通压力补偿阀可以保证节流阀进、出口两端的压力差△P恒定。节流阀的流量与负载大小变化无关,而只与节流阀的开口度成线性关系,此即为调速阀的基本特性。
如图2所示,当多个执行元件在不同压力和速度下工作时,假定负载1小于负载2 (P1
值得注意的是,负载敏感泵的实际供油压力是由最大负载压力决定的,当负载2增大时,其供油压力Pp随之增大,负载1二通压力补偿阀的进口处压力也增大。如果仅从这一点看,负载1的流量将会增大,但在初始状态下,由于二通压力补偿阀阀芯响应延迟,P1在瞬间增大将向左推动阀芯,使阀口X变小,减压作用增强,从而导致P1再次减小,最终阀芯在新的位置恢复平衡。由于△P不变,通过节流阀的流量恒定,所以负载1的速度不变。
1.梭阀2.节流阀3.二通压力补偿阀4.负载敏感泵5.液压缸
负载敏感 篇3
液压系统是由泵、阀、马达或油缸以及管路等辅助元件组成回路, 利用液体 (主要介质是油) 传递动力的设备[1]。由于液压技术具有结构尺寸小、质量轻、动作灵敏、工作平稳、易于实现无级调速与自动控制等优点, 而广泛应用于国民经济各个部门。液压系统性能的好坏一个关键的因素是能否对液压系统各项参数有一个全面测试与了解掌握。同时要实现自动控制, 还要对液压系统压力、速度、流量等信号进行测试反馈, 并将其作为计算控制量输出的依据。
Lab VIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) , 即实验室虚拟仪器集成环境, 是一种基于图形化编程语言 (Graphics语言, 简称G语言) 的开发环境[2]。为测试某型装甲车辆温控负载敏感液压风扇系统的性能, 依托液压实验台, 以Lab VIEW软件为工具设计一套液压试验测控系统, 该系统主要由液压实验台系统与Lab VIEW测控系统组成, 测控系统选择常用的数据采集卡系统, 采取典型的PC-DAQ模式进行相关的设计。
1 液压系统实验台
由于装甲车辆要求较高的越野机动性能与防护性能, 工作环境比较严酷, 使其在散热方面远不及民用汽车那样便于解决, 导致装甲车辆冷却系统发展较为落后。为了改变装甲车辆冷却系统发展落实的现状, 对当前的液驱风扇冷却系统进行深入研究, 分析该系统的具体性能, 为下步的改进或新型液驱风扇冷却系统的设计积累经验。
虽然实车试验最能真实地反映设备的实际工作性能, 但由于试验条件难于做到完全一致, 其结果的可重复性与可比性往往相对较差, 同时受空间布局、传感器安装与工作环境条件等限制, 实车试验往往也是难于实施的。为此, 将采取实验室台架模拟实车试验。将现场试验移至实验室台架上加以复现, 采用模拟加载保持着负荷作用的某种随机性, 使同一随机过程可多次复现;这样可使不同的机器可以经受完全同一的随机作用, 这无疑将有助于改善试验结果的可比性[3]。
依据某型装甲车辆液驱风扇系统的结构功能, 搭建相应系统的液压实验台。为了能更好地研究各种车型的液压系统, 适应不同液压系统性能测试的要求, 对实验台采取模块化设计的原则, 每个模块均带有自闭式快速连接插头, 可以在不破坏整体布局、不使用工具的情况下更换相应元件, 方便快捷地插接组装成所需要的实验系统回路。主要由变频电机、泵、马达与加载装置或负载设备及其各种压力、位置、流量、转矩与转速、温度等传感器、指示仪表组成。系统原理如图1 所示。系统采用负载敏感泵作为泵源, 该泵能根据负载变化大小自行调整液压系统压力值, 通过温控阀感知温度变化来控制溢流阀的溢流压力, 从而控制了定压差阀右侧液压油的压力, 其与弹簧力组合再与左侧液压油之差, 则构成了负载敏感泵定压差阀的压力差 △p, 从而控制系统的流量大小。变频电机用来提供原动力, 变频调速可以模拟实车试验发动机转速的变化。负载部分接风扇马达, 同时也可以更换成加载泵模块, 用于其它负载工况的模拟。其间在泵的出口布置压力与流量传感器, 马达端安装转矩仪, 用于测量马达转矩与转速等数据参数。
2 Lab VIEW测控系统
与传统仪器相比, 虚拟仪器是将仪器装入计算机, 以通用的计算机硬件及操作系统为依托, 实现各种仪器功能[2], 因此更具有开放性、多样性与模块化的特点, 并体现了软件就是仪器这个新概念, 开启了变仪器功能由厂家定义为由用户自身定制的新模式。Lab VIEW作为该领域的优秀代表, 广泛应用于各行业中。它结合了图形化编程方式的高性能与灵活性以及专为测试、测量与自动化控制应用设计的高端性能与配置功能, 能为数据采集、仪器控制、测量分析与数据显示和输入输出控制等各种应用提供必要的开发工具[2]。
温控负载敏感液压系统的测控部分设计主要包括PC机、物理量采集和输出板卡、端子板、测控软件等。物理量采集与输出通过PC机PCI插槽上的物理量采集和输出板卡实现。试验台的物理量采集与输出经过一定的信号调理, 通过接线端子接入PCI板卡。测控系统软件运行在PC机上, 实现试验台实验人员相关信息记录、物理量采集, 物理量输出, 测控试验配置, 测控试验选择, 测控试验启动与停止, 测控数据显示、分析与保存等功能。传感器通过测量将采集到的物理量信号转变成电信号, 并传送到数据采集板卡, 经过板卡上的A/D转换, 将模拟信号转变成数字信号再上传至Lab VIEW软件中的测控程序进行相应的处理。数据保存功能用于实验数据的查询。该Lab VIEW测控系统的前面板如图2, 程序运行时前面板如图3, 数据信号采集的程序框图如图4, 数据信号处理、显示与保存的程序框图如图5, 信号输出控制的程序框图如图6。
3 结语
本文设计的基于Lab VIEW的温控负载敏感液压系统的性能测试, 能够很好地实现对负载敏感回路系统各项参数的测试要求。为了更好地研究、设计、改进、检验与监测液压设备, 液压技术对液压系统测试的需求比较经常, 而基于Lab VIEW的虚拟仪器测试技术则为其提供了一个很好的测试平台, 具有良好的人机交互性、可移植性与可扩展性、编程语言简单易学、程序设计灵活多样的特点。系统开发周期较短, 同时便于后期的维护。因此, 在液压测试系统中的应用将越来越广泛。
参考文献
[1]雷振山, 肖成勇, 魏丽, 等.LabVIEW高级编程与虚拟仪器工程应用[M].北京:中国铁道出版社, 2012:185.
[2]章佳荣, 王璨, 赵国宇.精通LabVIEW虚拟仪器程序设计与案例实现[M].北京:人民邮电出版社, 2013:1-10.
负载敏感 篇4
关键词：负载敏感,液压系统,节能,比例控制,注塑机
0 引言
塑料成型工业中, 注塑成型占有十分重要的位置, 除少数的几种塑料外, 几乎所有的塑料都可以采用注塑的方法成型。 在塑料制品的总产量中, 注塑制品占所有模塑件总产量的1/3 以上。 注塑成型的制品的应用已十分广泛, 并随着塑料原料的不断改进, 已逐步取代传统的金属和非金属材料的制品。 由此, 注塑成型设备—注塑机的生产制造日益受到人们的关注。 而国内的注塑机生产起步较晚, 存在适应性及可靠性差、能耗高等缺点不足。 随着能源危机的日益加重, 注塑机的高能耗成为一个亟待解决的问题。 注塑机主要由塑化系统、注射系统、合模机构、动力驱动系统等部分组成。 塑化量大和冷却时间较长是其主要特点, 在塑化机构、动力驱动系统等方面进行节能技术开发, 是注塑机节能的要点。 本文将围绕注塑机液压动力驱动系统的高效节能、运行平稳可靠等关键技术进行研究。
1 塑料制品注塑成型工艺过程分析
注塑机通常分为立式注塑机、卧式注塑机、角式注塑机等, 虽然种类不同, 但组成部件基本相同。 注塑机主要包括塑化系统、注射系统、合模机构、制品顶出装置、动力驱动系统等部件。 其主要工艺流程为:
注塑成型过程如图1 所示, 塑料原料从注塑机的料斗进入加热筒, 经加热熔融塑化成黏流态熔体, 后由柱塞或螺杆的推动在一定的压力下通过喷嘴注入模具型腔, 经一定时间的保压冷却定型后可保持模具型腔所赋予的形状, 然后开模分型获得制品。
2 负载敏感液压系统的设计与研究
注塑机的成型工艺是按照一定顺序、不同性能要求的一个多执行机构的周期性动作系统。 系统中执行元件多, 动作复杂, 顺序要求严格, 并且要求具有一定的动态响应特性, 因此注塑机的动力驱动系统一般采用液压传动系统。
现阶段的注塑机液压系统采用的是定量泵+比例压力+比例流量的方式向系统供油, 如图2 所示, 这样使整个系统的原件少了许多, 回路变得简单。 但是系统仍然采用的是定量泵, 而注塑机需要多级流量和压力控制, 因此工作过程中始终存在与流量有关的能量损失。
定量泵+比例压力+比例流量系统的功率去向主要有三方面:负载消耗、节流损失和溢流损失。 注塑机的一个工作循环主要包括锁合模、射座前移、射胶预塑、冷却保压、塑化松退、射台后退等阶段, 各工步对流量的需求如图3 所示, 流量需求波动很大, 剖面线部分即为采用定量泵+比例压力+比例流量系统的注塑机在一个工作循环中的流量损失。 因此, 必须寻找一种系统能使液压泵所输出的流量随执行机构所需流量的变化而变化, 使液压泵与执行机构达到功率匹配以降低注塑机的能耗。
负载敏感液压系统是一种能够依据执行元件所需压力和流量仅向系统提供所需压力和流量的液压系统。 该系统中对流量的控制主要同过负载敏感阀和变量泵完成, 能够感受执行元件的压力和流量需求, 实现变量泵和执行元件的功率匹配。
本系统中液压阀均采用板式连接的安装方式, 安装在集成块上, 借助三维CAD软件设计液压集成块, 省去了板式安装的外部油管连接。 方便装配、调节、更换、维修及保养, 也很大程度上降低了液压系统泄露的可能性。
本液压系统的设计过程中, 使用AMESim仿真技术对各回路进行了仿真分析, 并依据分析结果对液压系统进行了优化设计。 其中, 锁合模系统的分析得到了设定信号下锁合模缸流量变化曲线。 通过分析合理的确定调速阀的设计参数, 提高整个锁合模系统的运行平稳性, 使传统锁合模系统开合模过程中产生冲击的问题得以解决, 减少了机械动作过程中的震动和噪声, 提高了整个系统性能的稳定性和工作的可靠性。
3 结束语
本文通过对塑料制品注塑成形工艺流程的分析, 基于负载敏感理论对其液压系统进行了设计和优化。 系统中, 斜盘式轴向柱塞泵、负载敏感阀和压力切断阀组合向各执行元件供油, 合理的配置了动力资源, 大幅减小了液压泵及驱动电机的装机容量, 有效解决了注塑机执行部件运行过程中的冲击问题, 实现了注塑机机运行中的高效节能、平稳可靠
参考文献
[1]李晶洁, 贾跃虎, 孙志慧.负载敏感变量泵在装载机液压系统上的应用与节能分析[J].流体传动与控制, 2010 (1) :6-8.
[2]刘榛, 卢堃, 陆初觉.负载敏感变量泵中负载敏感阀的设计与分析[J].兰州理工大学学报, 2005, 31 (6) :55-58.
[3]刘会永.负载敏感技术的特点及其应用[J].黑龙江科技信息, 2010 (21) :61.
[4]宋满仓.注塑模具设计[M].北京:电子工业出版社, 2010, 1.