液压系统验算

Question

如题所述

Answer 1

液压系统设计过程中，完成了系统的基本设计、计算之后，还要对系统的压力损失和热平衡进行验算，必要时还需进行液压冲击验算。

（一）压力损失验算，并确定系统的调整压力

选定液压元件和油管后，画出管路安装图，然后对管路系统总的压力损失进行验算，并确定系统的调整压力。

1.管路系统的压力损失Δp（Pa）

液压动力头岩心钻机设计与使用

式中：Δpf和Δpr分别为油液通过管路的沿程压力损失和局部压力损失，可按液压流体力学进行计算。在实用中，对简单且短的管路，其损失较小，常略去不计，一般只对长管进行Δpf（Pa）值进行计算。（如动力头钻机回转液压马达的长油管）。计算时，如管中为层流，沿程压力损失可按下式计算：

液压动力头岩心钻机设计与使用

式中：v为管内平均流速，m/s；d为圆管直径，m；l为圆管长度，m；ρ为流体密度，kg/m³；λ为沿程阻力系数，可从有关手册查取。

管路局部压力损失Δpr（Pa）可按下式估算：

液压动力头岩心钻机设计与使用

油液通过管路时的压力损失也可参看表9-1、9-2。

表9-1 硬管压降表 压降单位：10²Pa

注：表中压降为1m长硬管的数据。油液相对密度＝0.85，粘度＝20mm²/s，温度为21℃。

通过阀类元件的压力损失Δpv（Pa）值，可从液压传动设计手册或产品样本中查得。如实际流量不是公称流量时，可按下式计算；

液压动力头岩心钻机设计与使用

式中：Δpv为阀在公称流量时的压力损失，Pa；Q′为通过阀的实际流量，m³/s；Q为阀的公称流量，m³/s 。

表9-2 软管压降 表压降单位：10²Pa

注：表中压降为不带管接头的1m长软管的数据，油液相对密度＝0.85，粘度＝20mm²/s，温度为21℃。

2.系统的调整压力p（Pa）

液压动力头岩心钻机设计与使用

式中：p为系统调整压力，即溢流阀的调整压力；也是泵的工作压力，Pa；p1为执行元件工作压力，Pa；Δp1为从泵到执行元件管路系统的压力损失，Pa。

如果计算得出的Δp1比计算执行元件时初定的压力损失要大的多，应重新调整有关液压元件、液压辅件的规格，并重新选择管路尺寸。此外，应注意管路的压力损失对液压系统工作性能影响。

（二）热平衡计算

液压系统工作时，伴有压力损失和泄漏，溢流和节流损失。这些损失均转化为热能，使系统油温升高。系统经过连续工作一段时间后，油温达到某一定值时，系统所产生的热量与散发到空气中的热量相等，即发热量与散热量相互平衡。

为保证液压系统良好的工作性能，必须进行发热量和散热量的计算，使热平衡后的油温不超过允许值。对工程机械、钻探机械正常工作油温为50～80℃，最高允许油温为70～90℃。

液压系统产生的热量，主要是液压泵和液压马达的功率损失，溢流阀和其他阀件的能量损失，以及管路损失等。工程机械、钻探机械受尺寸和质量限制，油箱较小。油箱有效容积一般取为液压泵流量的1～2倍，仅靠油箱散热是不够的，需设置冷却装置。

1.系统的发热量H（W），即系统总的功率损失

液压动力头岩心钻机设计与使用

式中：H₁为液压泵或液压马达功率损失产生的热量W；

液压动力头岩心钻机设计与使用

P为液压泵的输入功率，W；η为液压泵的总效率；H₂为油液通过阀的发热量，W；

液压动力头岩心钻机设计与使用

Δp为液流通过阀的压力降，Pa；Q为液流通过阀的流量，m³/s；H₃为管路和其他损失产生热量，W；

液压动力头岩心钻机设计与使用

2.油箱散热面积

设系统的总发热量为H，由油箱散热的热量为H_a，则由冷却装置散发的热量为（H-H_a）。

油箱最小散热面积A_min（m²）为：

液压动力头岩心钻机设计与使用

式中：k为油箱传热系数，W/m²·K；周围通风很差k＝8～9；周围通风良好k＝15；用风扇冷却k＝23；T_y为最高允许油温，K；T₀为环境温度，K。

3.冷却装置计算

钻探机械采用风冷却装置较多，它由冷却器和风机组成。冷却器有翅管式和翅片式两种，后者散热效果优于前者。冷却装置可以采用吹风式或吸风式安装。吹风式冷却装置一般直接安装柴油机水箱的前面，借助柴油机风扇冷却。吹风式需单独风机。

（1）冷却器散热面积A（m²）

液压动力头岩心钻机设计与使用

式中：（H-H_a）为冷却器散热量，W；k为冷却器传热系数；

液压动力头岩心钻机设计与使用

t₁，t₂为液压油进口、出口温度，K；t′₁，t′₂为冷却空气进口、出口温度，K。

考虑到冷却器工作过程中由于污垢和铁锈存在，故将计算出的散热面积增大20％～30％。

（2）冷却空气量

液压油放出的热量应等于冷却器空气吸收的热量，即：

液压动力头岩心钻机设计与使用

因此需要的冷却空气量Q（m³/s）：

液压动力头岩心钻机设计与使用

式中：Q、Q′为液压油及空气的流量，m³/s；C、C′为液压油及空气的比热；C＝1675～2093J/kg·k；C′＝1005J/kg·k；ρ、ρ′为液压油及空气的密度；ρ＝900kg/m³；ρ′＝1.4kg/m³

根据Q′选择轴流式风机，按下式计算风机功率P（kW）：

液压动力头岩心钻机设计与使用

式中：ΔP_a为自由排风时的风压（阻力），一般可取为200～1000Pa；η为风机效率，一般轴流式风机η＝0.3～0.5。