由于液压柱塞泵具有节能、低噪声和先进的控制技术等特点而成为现今应用热点。变量柱塞泵已成为液压系统的关键元件,很多著名液压元件厂家如Rexroth、Parker、ATOS以及油研等都积极从事变量柱塞泵的开发和推广应用。变量柱塞泵的发展可以使液压系统向高压发展,并提高液压系统效率及功率密度。而且变量泵的多种变量控制方式可以减少液压系统的控制阀类元件,而且低噪声和高可靠性也成为变量柱塞泵的一大优点。
在工业液压泵领域,Rexroth公司占有重要地位。其相继推出了A10VSO系列电子变量控制泵和A10V系列泵。A10VSO泵的压力、流量由电子控制系统控制。可以通过位置传感器和压力传感器将信息反馈给高响应频率的比例阀,从而控制变量柱塞泵的输出流量和压力。泵的额定压力为28MPa,排量为28—140mL/r。该泵具有低噪声、高效率、频响高、控制精确、节省能源等特点,用于注塑机上可以节能20%。而A10V系列泵,通过优化设计,改进了壳体和配油盘的结构,使壳体的振动从高频变低频,从而达到降噪节能的效果。液压泵选择时首先应满足系统对流量、压力的要求。液压泵的输出流量应据系统所需的最大流量及泄漏量来确定,通常为执行元件实际所需最大流量的1.1倍~1.3倍。而液压泵的工作压力应根据液压缸或马达的最高工作压力来确定。考虑到液压泵至执行元件管路中的压力损失,通常泵的额定压力为液压缸最高工作压力的1.3倍~1.5倍。与此同时,在选择液压泵时,还要兼顾温升和噪声等的性能要求。
本液压系统中选择了Rexroth公司的A10VO DFLR型轴向柱塞泵,实现压力、流量、功率复合控制。由于管片拼装机工作过程中管片泵始终处于运行状态,对噪声要求较高,这点A10VO能较好地满足。而且该型号泵具有较好的吸入特性以及很宽的控制范围,较好地满足了系统的要求。系统中选择的A10VO变量泵去除了泵的恒流量特性,主要是管片拼装机距离管片泵源较远,受安装空间的限制,电液比例多路阀中梭阀网络压力未反馈至变量泵,故实际上该泵为恒压、限功率变量泵。电液比例多路阀中的压力补偿器能实现压力补偿,而没有实现压力适应。因为管片安装过程为顺序动作,一般工作在小流量工况(特别是在姿态控制时)。所以通常情况下,该泵表现出恒压特性。但是为了适应不同大小的管片的拼装要求,系统的压力也可以调整。
1.功能要求:
1)满足管片机实现多管片的拼圆控制要求;
2)满足管片机六个自由度的控制要求;
管片运动控制: 回转运动,轴向运动和径向运动;
管片姿态控制: 周向摆动,轴向摆动和断面摆动。
2.管片拼装机液压系统主要技术参数
1)轴向最大行程 2000mm
2)径向最大行程 1000mm
3)圆周回转角度 -200°——+200°
4)轴向摆动角度 -2.5°——+2.5°
5)断面摆动角度 -2°——+2°
6)周向摆动角度 -2.5°——+2.5°
7)最大驱动扭矩 150KNm
8)抓紧缸行程 50mm
9)轴向摆动控制缸行程 40mm
10)断面摆动控制缸行程 40mm
11)径向运动控制缸行程 1200mm
3、盾构管片拼装机液压系统分析计算
1)确定系统的工作压力:
a)每个回转马达的最大回转扭矩Tm
Tm=
=166Nm
其中:齿轮齿圈的机械效率ηmg=0.95
减速器的机械效率ηmg=0.98×0.98×0.98=0.94
齿轮齿圈速比i1=13.44
减速器速比 i2=37.64
最大驱动扭矩Tn=l 50 KNm
马达数量 Z=2:
b) 回转马达的工作压力
其中:马达的机械效率ηmm=95%
c)泵的工作压力P
考虑回路压力损失2MPa,阀压力损失2MPa。
P=10+4=14 MPa
2)泵的最大输出流量:
a)回转马达的最大转速
N=nh×i1×i2=1.6×13.44×37.64=809.4rpm
其中:nh——管片机最大回转速度;
i1——齿轮齿圈速比;
i2——减速器的速比。
b)每个马达所需流量
其中:qm——回转马达的排量
ηmv——回转马达的容积效率
C)泵的排量确定
马达所需流量即为泵的实际输出流量,所以泵的排量为:
其中: z——马达个数
qm——回转马达的排量
ηmv——回转马达的容积效率
根据系统工作压力和所需流量,选择德国Rexroth公司的功率限制变量泵,型号为A10V0140DFLR(具体压力流量参数在恒功率控制中给出),此泵同时要供给管片机的其他执行元件的动作,因其他动作速度要求较低,此泵已可满足。
d)电机功率确定
考虑到其它因素,泵的最大工作压力取19MPa。
其中:qpmax——泵的最大排量;
nd——电机转速:
ηpv——泵的容积效率;
pmax——泵的最大工作压力;
R——泵的变量系数:
η——总效率;
根据需要,选择电机功率为45 KW.
3)液压泵的恒功率曲线调节:
按电机功率贮备10%,则电机输出功率:
N1=45×90%=40.5WK
则泵的有效输出功率:
N2=N1× ηmc× ηpm× ηpv=40.5×0.95×0.95×0.98=36WK
其中:”。ηmc———联轴器的机械效率:
ηpm——泵的机械效率;
ηpv——泵的容积效率。
a) 恒功率起始点
泵的最大输出流量
Qmax=qp×nd×ηpv=140×0.001×1470×0.97=199L/min
此时泵的输出压力
b)恒功率结束点:
考虑到其它因素,必须保证系统能满足最大的驱动压力要求。根据现
场实测数据,管片机回转时的最高压力为19MPa,所以将恒功率结束点(即最高工作压力点)定为19MPa。
在最高工作压力为19MPa时,管片机的回转速度nm为:
其中 Q——泵的输出流量