液压恒功率调速机构变量弹簧的优化设计

第30卷第9期 煤 矿 机 械 Vol-30No．9 2009年9月 Coa|MineMachinery Sep-2009 液压恒功率调速机构变量弹簧的优化 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 王凌覆 (辽源煤矿机械制造有限责任公司，吉林辽源136201) 摘要：介绍恒功率变量柱塞蒙与液菇恒功率谲速机构的关系．以及恒磅率变量柱塞泵的输 出压力p与输出流量q荧系曲线。运用优化设计试图解决实J《舞曲线与理论曲线的偏差问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，以其偏 差的均方根为目标求解可行的最佳 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。 关键词：恒功率调遥规构；变量弹簧；优化设诗 中图分类号：THl35文献标惑码：A文露编号：1003—0794(2009)09一0044—03 VariationSpringOptimizationDesignofHydraulicConstant—power SpeeljICo魏t鞠IlDevice WANGXiao—feng (珏黼y珏a珏￡髓l麓i瓣l甥艇∽瓤nery麓an疆蠡时￡轻糟￡o。，泌。，珏goyuan13620量，China) Abstract：Therelationbetweenconstand—powerVariable—displacementplugpumpandhydrauIiccon· s￡an重呻owelIspeedcontroldevieeandtherel撞tioneufvebetwee魏cons￡an￡一}确werVa磊able—dis叠aeeme}挂 plugpumpoutputpressure尹andoutputnowratioqweI．eintroduces．Themethodofoptimizationdesign igtakentoresolve斑edeviatio辣problemof氇cttl蠢eu弭eandtheoretic蠢eueve．曩猕&s至designseheme isfourIdaccordingtomeansquarer00tofthedeViation． KeywOrI匦：constant—powerspeedcontroldeviee；variationspring；optimizationdesign O 问题的提出 所谓的恒功率．对于液雁系统而言就是在外载 荷发生变化时．要通过一定的装置采傈证泵或液压 系统的输入输出功率恒定，以保证其始终处于满载 运行且不超过额定载荷．以充分利用和发挥电机的 功率及不至予使其过载。 对于液压泵来讲，其输入功率 Ⅳ呻Q，(叩×612) (1) 式巾 p——渡蘧泵的输出鹾力； p——液压泵的输出流量；r滚蘧泵的总效率。 如图1所示．液压恒功率调速机构应该尽量保 证整个机构的瘫力与流量的变化规律是双益线。这 样才能实现所谓的恒功率调速。 p 圈1功率曲线 国内外的液压恒功率调速泵大部分是采用2 个压缩弹簧来近似地宪成这一调节过程。其比较典 型的结构如图2艨示。 赘2菠压堰臻攀谲逮辘梅 1．变量活塞2．控制活塞3．中间杆4、5．变量弹簧6．伺服周7．功率 溺节弹簧 各种液压恒功率变量的恒功率调速机构的结 构和原理大同，j、异，在文献[1]和文献[2]、文献[3】 中对此均有详细的描述和计算。 已知泵的额定功率为ⅣH，额定压力为p。，额定 流塞为瓴，总效率为雒，根搌式(1)得出警泵王作在 额定功率为K％时，有 确。胙锴=啬 则泵的排量 g：丝暨趣 (2) ，妒 由文献[1]中的摊量计算公式霹得 鼙=掣塑L擎珏 《3) sIn7r⋯ 式巾 r袋的变量摆角； 7。——泵的最大变量。 摆惫 ‰一arcsin(。S。鹩) (4) 一44— 万方数据 第30卷第9期 液压恒功率调速机构变量弹簧的优化设计——王晓凤 V01．30No．9 式中 S。陬_变量活塞的最大行程； 定为 r0-一变量活塞到变量机构摆动中心的最 小距离。 当变量泵排液时，摆角与变量活塞行程S的关系 siny=S／r0 (5) 将式(3)、式(4)、式(5)代入式(2)中，得出K％的恒 功率泵的工作压力与变量活塞行程的关系为 丢÷=K％ (6) ．s。p冲40 ⋯。 ⋯7 设 k砉小击3m 朋。 贝0 Xy=K％ (7) 即变量活塞的行程与控制活塞的推力变化规律 应该是Xy=K％的双曲线。而实际上要做到完全 吻合是困难的，因为2个弹簧的组合在|s—F坐标系 中形成的是一条折线，所以只能用该折线近似地代 替Xy=K％曲线，以完成恒功率的调节过程。 1 优化数学模型的建立 1．1设计变量的确定 按一般设计规律可知．给出弹簧的刚度和结构 尺寸的要求便可设计出该弹簧的几何设计参数。如 图3，以4为弹簧4、5的预压力之和，当控制活塞的 推力克服该预压力之后便完成A—B变量过程．达到 B点后(IsP_0)还必须克服弹簧5才能实现曰一C变 量过程。 y D A 图3功率曲线 根据文献[2】中提供的计算结果可以得出该弹 簧的下列参数： 弹簧4的刚度值 K庐I蹁I／L4Bol 预压力 pol-H4l 最大工作载荷 p以=I心I 弹簧5的刚度值 K2=ICcoI／l曰Gl 预压力 p萨0 最大工作载荷 p以=lC例 只要确定了A日—曰C折线的位置即可确定这2 个变量弹簧。 为了计算简便和利于结果的处理，选择了A、 曰、C3点的坐标值为设计变量，又由于泵的工作范 围已给定，且又经过了适当的处理，所以A4与C。C 位置已经固定且IDA01．1DC。|=1，故选取的设计变量 Xr- 戈l 茗2 茗3 鳓 x8 ，B 占R。 由于有的恒功率变量泵的实际工作功率是可 调的，所以AB—日C折线在该范围内应满足所有的 要求，如图4。由于在泵的使用过程中弹簧刚度不 变，所以当泵的工作功率在一个给定的范围改变 时，该折线应随之平移到该范围的相应位置A。曰。一 曰。C上，且该折线也应满足设计要求。设在功率调节 范围折线AB一日C的平移量为另一系列的独立变量 戈，，菇：⋯⋯，则最终的设计变量为 石1 石2 石3 菇5 石6 ●●● sR。 设计变量的个数由解题的精度要求即功率调 节范围的划分区间个数决定。通过显性设计变量X 即可求出实际所需要的几何设计参数。 1．2 目标函数的确立 理论上要求恒功率．实际上要达到真正的恒功 率是很难完成的，只能用2个压缩弹簧的特性组合 来近似地模拟恒功率双曲线如图4。 ’， 1．O 0．8 O．6 O．4 O．2 0．2O．40．60．81．OA 图4模拟恒功率曲线 设AB一曰C折线上的任一点D(X，l，)，按理论要 求，Xy=K％，但由于D点不在双曲线孝上，所以 Xl，≠K％即Xy—K％=叼，叼值的大小即反映出4B— BC折线与双曲线f的偏离程度，即体现A曰一日C折 线与双曲线f相对性态的优劣程度。 几F—————一 ^I1．1 所以设F1=V乞(爿y—K％)2，(，，l为取点数量，本 T n—I 文取m=100) 由于实际工作的泵要求是一个功率调节范围 (由图的弹簧6调定)，所以总的目标函数为 一45一 ％ 靳 批弛血血 ～ 万方数据 v01．30No．9 液压恒功率调速机构变量弹簧的优化设计——王晓凤 塑曼Q卷箍』幽 如=∑一+∑R ^=I 矗=l 式巾稳——功率调节藏匿麦所取的线数。 只要使F最小就能使2个弹簧的特性最大可 能达到理论上的恒功率要求。 {+3约束条捧 约束条件可根据泵的具体结构要求和一般弹簧 的设计准则来选取。 簸设保窝琢设诗孛的弹簧钢丝逡径耋，剩豳文献 【5】中所提供的弹簧计算 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 和公式，得D芋：D卅 ＆争专_，拇筹+半 (8) Elj文献【71中提供的化简公式 x：2。0346产。如l。6(掣})∞ (9) Fj 由式(1)、式(2)、式(3)得 口刊盘)1粥铲3而触品(10) 式中 D广弹簧中径‘卜弹簧钢丝直径；卜弹簧静径： 弘一弹簧曲度系数； c_一弹簧指数： 只厂一弹簧最大工作负荷； 【计一弹簧许用应力； G——弹簧材料剪切弹性模壁： 弦一弹簧有效豳数；Kl广弹簧刚度。 勇设弹簧阉间隙∥保持原设计参数，则节距 饽豳列n+叮 式中最大变形R。=Pn+K。 (1)弹簧节距约素；8[D2／3，02／2] (2)弹簧外径约束轨≤风一3d(侥：弹簧4外径 D．：弹簧5外径) (3)弹簧螺旋角约束僦[￡∥(嚣pz)】，理曩冷。，9习 (4)弹簧翦切强度臻求丁=8％舶2，(耵6f3)，r≤p】 (5)疲劳强度约束 f一=S鬈}澎p∥(霸毋) fdn_8K¨产泅／(1T扩) s：!艘：!三!凼 曩“ S》旧 式中1：s——弹簧疲劳安全系数： 【醒一弹簧诲曩疲劳安全系数： r—一最大工作擞荷所产生的最大剪成力： f耐。，一最小工作负荷新产生的最小剪应力； y广弹簧材料的脉动循环剪切疲劳极限。 可以根据具体结构要求增删上述约束，注意2 个弹簧要同时计算。 2实例计算 以辽源煤矿机皴制造有限责任公司生产酌 A7V恒功率变量斜轴式轴向柱塞泵为例。要求设计 满足(31．6％一62．8％)ⅣH辽源煤矿机械制造有限责任 公司酶髓功率变量弹簧。已絮：额定压力320麓魏，摊 量225mL詹，．s。#7．82cIIl，A卸．341cm2，转速为l500r／ min。 由予该模鳖是较复杂的豫式形式，掰以要注意 选择解题性态较稳定的优化方法，本例采用约束变 尺度法CVMOl计算。该法经过严格的考验和试算， 证明计算结果是哥倍的。在AS睨68税上运行4min， 得出一组可行的方案，试验结果如表l。 表1优纯绩鬃魄较 3结语 由实例计算中可以看出．A7V虽是引进国外的 成壅产菇，但就其液压僵功率漏速祝擒的变量弹簧 而言还不是很完美．分析可能有3个原因：①A7V 系列泵是由相似设计理论设计出来的；②测绘的误 差；③A7V可能爨针对菜一个功率设计的。曾按 A7V工作功率107kW(56％)计算，结果比本例接近 原设计。傻也比原设计好。 本文所涉及的必是在静力情况下的分析。可进 一步利用微分方程经拉兹变换导出系统的传递函 数来进行瞬态l逸应分析，不避在一定的范围内聿l孀 静力分析还是可以达到一定的精度并满足设计甏 求的。 参考交蘩： [I】何存必．液压元件[M]．北京：机械工_妲出版社．1982． [2]徐绳武．桂塞式液压裂[M]．北京：机械T业出版社．1985． 【3】李蓦爨．矿玉掇援滚瑷转动[楚】。袭窳：煤炭工鼗爨叛鞋，1985。 [4]上海煤研所．液压泵与液压马达[M]．北京：煤炭下业出版社，1976． [5]余俊，周济．优化方法程序库0m～l原理及使用 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 [M]．北 京：裁辕王盈窭凝挂。2∞3。 作者简介：王晓凤(1964一)，吉林辽源人，工稷师，1990年毕她 于吉林广电学院，从事机械加工工艺编制T-作，电予信箱：w肿gxi舯 触g2∞9融㈣瑚“ 一46一 收稿日期：2009—03一19 万方数据 液压恒功率调速机构变量弹簧的优化设计 作者： 王晓凤， WANG Xiao-feng 作者单位： 辽源煤矿机械制造有限责任公司,吉林,辽源,136201 刊名： 煤矿机械 英文刊名： COAL MINE MACHINERY 年，卷(期)： 2009，30(9) 引用次数： 0次 参考文献(5条) 1.何存兴 液压元件 1982 2.徐绳武 柱塞式液压泵 1985 3.李昌熙 矿山机械液压传动 1985 4.上海煤研所 液压泵与液压马达 1976 5.余俊.周济 优化方法程序库OVITB-1原理及使用说明 2003 相似文献(0条) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_mkjx200909017.aspx 下载时间：2010年1月28日