淺談液壓馬達(dá)最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速分析

1、目 錄摘要1關(guān)鍵詞1一、液壓馬達(dá)最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的含義1二、液壓馬達(dá)最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的決定因素 3三、閥控馬達(dá)最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速解析 4結(jié)論6致 謝7參考文獻(xiàn)8淺談液壓馬達(dá)最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速分析摘要：本文闡述了液壓馬達(dá)最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的含義、評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)及其影響決定因素。提出了基于靜態(tài)調(diào)速方程的解析分析方法，并推導(dǎo)了閥控馬達(dá)液壓系統(tǒng)最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的失速方程。研究設(shè)計(jì)了靜負(fù)載扭矩的液壓加載裝置。 關(guān)鍵詞：液壓馬達(dá)最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速閥控靜負(fù)載扭矩 液壓馬達(dá)最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速是液壓馬達(dá)的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)，它對(duì)機(jī)器的工作性能和壽命有著直接的影響。因此，在液壓系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)及應(yīng)用時(shí)，有時(shí)所選用液壓馬達(dá)的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速特性往往是需要考慮的重要特性之

2、一。 一、液壓馬達(dá)最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的含義關(guān)于液壓馬達(dá)最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的含義，作者在充分地學(xué)習(xí)、研究前人已有研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程課題的研究，對(duì)最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的含義作了如下闡述： (1) 任何以液壓馬達(dá)作為動(dòng)力執(zhí)行元件的液壓系統(tǒng)，都存在著由液壓系統(tǒng)內(nèi)、外部工況條件所決定的最低穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速r/min。 (2) 最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速是在已知液壓系統(tǒng)參數(shù)條件下，能長(zhǎng)時(shí)間保持基本穩(wěn)定地低速運(yùn)轉(zhuǎn)而不產(chǎn)生“爬動(dòng)”現(xiàn)象的平均最低極限轉(zhuǎn)速。 (3) 所謂基本穩(wěn)定轉(zhuǎn)速可用轉(zhuǎn)速脈動(dòng)率的n大小來標(biāo)志。 式中：max液壓馬達(dá)最大脈動(dòng)角速度； min液壓馬達(dá)最小脈動(dòng)角速度； mean液壓馬達(dá)平均角速度。 轉(zhuǎn)速脈動(dòng)率n可以是10%，也可

3、以是10%以上，其值應(yīng)由工程應(yīng)用的技術(shù)要求來確定，但不允許出現(xiàn)任何短時(shí)間的零(停)速現(xiàn)象，即“爬動(dòng)”現(xiàn)象。顧名思義，最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速就是要基本穩(wěn)定，出現(xiàn)任何角速度和角加速度都等于零的停速即“爬動(dòng)”現(xiàn)象，就不穩(wěn)定了，與定義不符，而且對(duì)液壓馬達(dá)、液壓系統(tǒng)本身和被控負(fù)載對(duì)象都會(huì)產(chǎn)生損害。 (4)最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速r/min是研究液壓系統(tǒng)中的液壓馬達(dá)處在該馬達(dá)低速區(qū)(相對(duì)于額定轉(zhuǎn)速nr而言)的最低穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速的規(guī)律及其極限值。一般液壓馬達(dá)的低速工作區(qū)在該馬達(dá)額定工作轉(zhuǎn)速nr的515%以下，隨液壓馬達(dá)的類型、規(guī)格的不同而不同。無論是高速、中速還是低速馬達(dá)(對(duì)nr而言)，在有些工程應(yīng)用中，一般都要考慮最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速問

4、題，而不僅是針對(duì)低速大扭矩液壓馬達(dá)而言的。 (5)515%nr以下的低速區(qū)是低效率區(qū)，目前很少有研究；常規(guī)的液壓馬達(dá)性能試驗(yàn)只規(guī)定實(shí)驗(yàn)研究額定轉(zhuǎn)速的25%以上轉(zhuǎn)速的各種效率特性。事實(shí)上，在低速區(qū)，液壓馬達(dá)的泄漏特性和扭矩?fù)p失特性與25%nr以上轉(zhuǎn)速區(qū)完全不同。例如rexroth公司生產(chǎn)的mzd90行星型中速液壓馬達(dá)(nr=800r/min)，按其樣本數(shù)據(jù)繪制的工作特性曲線、低速區(qū)泄漏流量qmc和扭矩?fù)p失tmf特性曲線分別如圖1、圖2、圖3所示。 圖1、圖2、圖3上的特性曲線表明，在其低速區(qū)(15%nr以下)的特性規(guī)律與25%nr以上速度區(qū)完全不同。在低速區(qū)，qmc不隨馬達(dá)轉(zhuǎn)速nm的降低而減小，

5、幾乎是恒定不變的：tmf非但不隨nm的降低而減小，反而增加了，并且在nm50r/min時(shí)增加更快，即“負(fù)阻尼”更強(qiáng)。所以，馬達(dá)低速區(qū)的這種qmc和tmf特性肯定是影響液壓馬達(dá)nmmin的主要因素之一。 (6)既然液壓馬達(dá)最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速nmmin是指長(zhǎng)時(shí)間保持連續(xù)平穩(wěn)的低速運(yùn)轉(zhuǎn)，只允許比較小的轉(zhuǎn)速脈動(dòng)，那么，研究最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的數(shù)學(xué)方程就應(yīng)以靜態(tài)的調(diào)速方程為主，其外負(fù)載也應(yīng)是靜負(fù)載扭矩tm，因?yàn)閼T性負(fù)載在低速等速轉(zhuǎn)動(dòng)下是加不上去的。 圖1mzd90型馬達(dá)工作特性曲線圖2mzd90型馬達(dá)低速區(qū)泄漏流量特性曲線圖3mzd90型馬達(dá)低速區(qū)扭矩?fù)p失曲線二、液壓馬達(dá)最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的決定因素 以液壓馬達(dá)作為動(dòng)力執(zhí)

6、行元件的液壓系統(tǒng)最低穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速nmmin值，主要由以下六個(gè)因素決定(見圖4)： 圖4液壓馬達(dá)動(dòng)力液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖(1) 該系統(tǒng)采用液壓馬達(dá)的低速區(qū)的泄漏流量qmc特性和內(nèi)摩擦扭矩?fù)p失tmf特性。(2) 該系統(tǒng)的流量調(diào)節(jié)裝置(泵控、閥控、流量閥(調(diào)速閥)控、)小流量時(shí)(相對(duì)于馬達(dá)低速區(qū)所需流量)的輸出流量特性。它影響著馬達(dá)調(diào)速方程工作流量特性。(3) 該系統(tǒng)所拖動(dòng)(或控制)對(duì)象的負(fù)載特性。它影響著馬達(dá)的qmc、tmf特性及調(diào)速裝置的工作流量特性。 (4) 該系統(tǒng)的控制方式，如開環(huán)系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)等。它影響著在低速脈動(dòng)區(qū)的自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速特性。(5) 該系統(tǒng)所用液壓油的型號(hào)及工作時(shí)的油溫及其變化。

7、它的影響著馬達(dá)的qmc、tmf特性及調(diào)速裝置的工作流量特性。(6) 該系統(tǒng)的液壓源及其主要元件(溢流閥、方向閥等)的特性。它影響著工作流量特性。因此，確定液壓馬達(dá)的nmmin不能單從液壓馬達(dá)本身低速區(qū)的特性來確定，離開其它五個(gè)因素是確定不了液壓馬達(dá)的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的。 三、閥控馬達(dá)最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速解析 影響液壓馬達(dá)最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的一個(gè)重要因素是流量調(diào)節(jié)裝置的輸出流量特性。因此，采用不同的流量調(diào)節(jié)裝置時(shí)，液壓馬達(dá)最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的解析分析是不同的。以下對(duì)比例方向閥(伺服閥)控液壓馬達(dá)的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速進(jìn)行解析分析。(1) 閥控馬達(dá)調(diào)速裝置 閥控馬達(dá)調(diào)速裝置示意圖如圖5所示。幾點(diǎn)說明： 圖5閥控馬達(dá)調(diào)速裝置示意圖

8、 本分析適合電液比例方向閥和電液伺服閥，并假定閥的開口是零開口、面積梯度w是常數(shù)，閥系數(shù)為kv。 液壓源是恒壓源，ps是常數(shù)，供油量qs充分保證，因此不必考慮閥的內(nèi)部泄漏流量。 閥的控制電壓信號(hào)uc與閥的行程xv成正比，因此控制作用用uc表示。 液壓馬達(dá)的排量為qm，輸出轉(zhuǎn)速為nm；負(fù)載扭矩(即馬達(dá)的輸出扭矩)為tm；負(fù)載壓力為pl，負(fù)載流量為ql；馬達(dá)的內(nèi)外泄漏總流量為qmc，馬達(dá)內(nèi)摩擦扭矩?fù)p失為tmf。 (2) 低速區(qū)的調(diào)速特性解析 閥的流量特性 馬達(dá)的流量特性ql=nmqm+qmc(2) 馬達(dá)輸出扭矩特性 tm=qmpl-tmf3) 馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速特性 由式(1)、式(2)聯(lián)立求解，可得：

9、 低速區(qū)液壓馬達(dá)的扭矩?fù)p失及流量損失特性 低速區(qū)液壓馬達(dá)的扭矩tmf隨pl的增加而增加，隨nm的減少而快速增加，這里近似地用式(5)來表示tmf的特性方程。式中a，b，c三個(gè)常系數(shù)由液壓馬達(dá)固有的特性及工作油的粘度及溫度確定。 低速區(qū)液壓馬達(dá)的qmc與轉(zhuǎn)速關(guān)系不大，而隨pl的增加而增加，故可用式(6)近似表示。式中d，e兩個(gè)常系數(shù)取決于與流量調(diào)節(jié)裝置有關(guān)的馬達(dá)低速區(qū)的內(nèi)、外泄漏流量的特性和工作油溫度。 qmc=d+epl(6) 聯(lián)立求解式(3)、(4)、(5)、(6)，可得 其中 式(7)反映了nm和tm、uc之間的函數(shù)關(guān)系，此高階非線性方程通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字求解，即可得出不同控制(即調(diào)速)作

10、用uc下轉(zhuǎn)速nm和負(fù)載扭矩tm之間的特性關(guān)系曲線及相應(yīng)的馬達(dá)nm的失速點(diǎn)(即無解點(diǎn))。而最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速nmmin應(yīng)在該失速點(diǎn)之上一定的百分比值。 結(jié)論1、最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速涉及到其轉(zhuǎn)速的基本穩(wěn)定保持和轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，它必然與流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的特性有關(guān)。因此，應(yīng)該用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方程來分析研究才是科學(xué)的理論分析方法。2、流量調(diào)節(jié)裝置的工作流量壓力特性在小流量工作(相對(duì)馬達(dá)低速區(qū))時(shí)的特性，從轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方程來看，對(duì)最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速也有重要影響，這是絕不能忽視的。 3、液壓馬達(dá)在其低速區(qū)的摩擦扭矩?fù)p失tmf和泄漏流量qmc兩個(gè)特性對(duì)最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速特性起重要影響。tmf在低速區(qū)的特性呈快速的負(fù)斜率變化趨勢(shì)，而且其值具有一定的概率分

11、布和不均勻性，其原因主要是運(yùn)動(dòng)副的靜、動(dòng)摩擦變化、油膜摩擦與干摩擦的交替變化及摩擦錐的變化而造成的；qmc主要有初始泄漏流量的存在而引起低速區(qū)相對(duì)于工作流量的增大而造成影響。 4、作液壓調(diào)速系統(tǒng)馬達(dá)最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速特性試驗(yàn)時(shí)，施加負(fù)載應(yīng)是靜負(fù)載扭矩tm。 采用雙向加載泵是目前最簡(jiǎn)便、安全和有效可操作的方法；必須采用在加載油路中加一個(gè)定量補(bǔ)油油路，以保持馬達(dá)低速試驗(yàn)時(shí)負(fù)載值的穩(wěn)定性，既易于試驗(yàn)，又保證試驗(yàn)結(jié)果的正確可信；采用加載泵加載，具有一定的扭矩脈動(dòng)，但其脈動(dòng)量對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響不大。何況實(shí)際工程負(fù)載本身及其減速器也存在著扭矩一定幅度的脈動(dòng)。5、工作油液的溫度(粘度)影響著液壓馬達(dá)的tmf、qmc特

12、性和流量調(diào)節(jié)裝置的工作流量特性，因而對(duì)調(diào)速裝置的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速有重要影響。這在工程設(shè)計(jì)中也是必須予以考慮的因素。6、最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速應(yīng)該是可以長(zhǎng)時(shí)期保持的基本穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速。其評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速脈動(dòng)率n。對(duì)于開環(huán)來說不能太高，可1020%。開環(huán)試驗(yàn)研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，只要脈動(dòng)稍大一些，馬上就出現(xiàn)“爬動(dòng)”，基本上馬上就失速停轉(zhuǎn)，即“卡死”或“憋住”，基本上再也啟動(dòng)不起來了。 對(duì)于閉環(huán)來說應(yīng)適當(dāng)提高到3040%。閉環(huán)試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)出現(xiàn)轉(zhuǎn)速脈動(dòng)較大時(shí)，可自動(dòng)調(diào)節(jié)uf(xv)的大小來使轉(zhuǎn)速基本穩(wěn)定，即使出現(xiàn)“爬動(dòng)”停速現(xiàn)象的趨勢(shì)，誤差的增大使uf(xv)自動(dòng)進(jìn)入最大飽和值強(qiáng)制馬達(dá)再轉(zhuǎn)動(dòng)。 7、雖然影響最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的因素很多，分析起來相當(dāng)復(fù)雜，但還是可以用正確的科學(xué)分析方法和有效的試驗(yàn)方法來得到最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速特性的規(guī)律的。致 謝 時(shí)光匆匆如流水，轉(zhuǎn)眼便是大學(xué)畢業(yè)時(shí)節(jié)，春夢(mèng)秋云，聚散真容易。離校日期已日趨臨近，畢業(yè)論文的的完成也隨之進(jìn)入了尾聲。從開始進(jìn)入課