液压系统工况分析2——动态分析

在确定液压系统的设计要求后，应对主机进行工况分析，包括运动分析和动态分析。对于复杂系统，应编制负荷和动作循环图，以了解液压缸或液压马达的负荷和速度随时间变化的规律。运动学分析已经在前一章中描述过了。现在液压马达工程师给大家讲讲工况分析中动态分析的具体内容。

动态分析是研究机器执行机构在工作过程中的应力。对于液压系统，是研究液压缸或液压马达的负载。

1.液压缸负载力的计算；

工作机构直线往复运动时液压缸必须克服的载荷由六部分组成：F=Fc Ff Fi FG Fm Fb。

其中：Fc为切割阻力；Ff为摩擦阻力；Fi是惯性阻力；FG是重力；Fm为密封电阻；Fb是排油阻力。

(1)切削阻力Fc是液压缸运动方向上的工作阻力，是机床用工作部件沿运动方向的切削力。如果这个力的方向与致动器的移动方向相反是正的，则两个方向都是负的。力可以是恒定的，也可以是可变的，其值应根据具体情况计算或通过实验确定。

摩擦阻力Ff是液压缸驱动运动部件的摩擦阻力，与导轨的形状、放置和运动状态有关，其计算方法可在相关设计手册中找到。

两种最常见导轨形式的摩擦阻力为：

A.平导轨：Ff=fFn。

B.v型导轨：Ff=fFn/[sin(/2)]。

其中，f为摩擦系数；Fn为作用在导轨上的总正压或沿V形导轨横截面中心线的总作用力；为V形角，一般为90。

惯性阻力Fi是启动和制动时运动部件的惯性力。

重力FG是指垂直倾斜放置的运动部件，自身重量也成为一种载荷。向上移动时，负载为正，向下移动时，负载为负。

密封阻力Fm是指带有密封装置的零件在相对运动时的摩擦力，其值与密封装置的类型、液压缸的制造质量以及油液的工作压力有关。在最初的计算中，可以根据气缸的机械效率来考虑(m=0.9)；检查时，应根据密封装置摩擦力的计算公式进行计算。

排油阻力Fb:排油阻力是液压缸回油通路上的阻力，与调速方案、系统要求的稳定性、执行机构等因素有关。系统方案未定时无法计算，可在液压缸的设计计算中考虑。

2.液压缸运动周期各阶段的总负载力。

液压缸运动周期各阶段总载荷力的计算一般包括起步加速、快进、工作前进、快退、减速制动等几个阶段。每个阶段的总载荷力是不同的。

启动加速阶段：此时液压缸或活塞从静止到启动都处于一定速度，其总载荷力包括导轨摩擦力、密封装置摩擦力(按液压缸机械效率m=0.9计算)、重力和惯性力，即f=fffi FGFM FB。

快进阶段：f=ff fg FM FB。

进展阶段：f=ff fc fg FM FB。

减速阶段：f=ff fg-fi FM FB。

对于简单的液压系统，上述计算过程可以简化。例如，如果使用单个恒定泵供油，只需计算工作阶段的总负载力。如果简单系统使用限压变量泵或双泵供油，只需计算快速阶段和工作阶段的总负载力。

3.液压缸负载循环图。

对于复杂的液压系统，为了更清楚地了解系统中各液压缸(或液压马达)的速度和负载变化规律，液压系统的负载时间(f-t)或负载位移(f-l)图