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关于液压伺服系统热特性研究综述

作者:社会科学
出处:www.lunrr.com
时间:2019-11-04

液压伺服系统通过对输出的位移,速度和力等进行闭环控制,实现了输出的自动,快速,准确的改变,并且可以大大放大输出功率。液压伺服系统具有较宽的响应速度,较大的负载刚度,较大的控制功率和较大的功率体积比,这使其广泛用于转向器控制系统和伺服系统。液压伺服系统对温度变化敏感。温度升高会增加泄漏,从而降低液压伺服系统的性能并影响液压组件的使用寿命。另外,它在雷达,火炮和制导系统中具有红外探测功能。在所需的应用中,温度升高会干扰并不利地影响红外检测的准确性和速度。因此,对液压伺服系统的加热机理,热平衡特性和温度控制的理论和实验研究将在限制液压伺服系统的温升,提高系统性能,稳定系统性能方面发挥重要的理论作用。液压伺服系统的操作。重要的是减少温度升高对其他组件和系统的影响和干扰。

通过综述国内外液压系统的研究现状,特别是液压伺服系统的液压特性,分析了液压伺服系统的温度控制的意义,加热机理,热特性建模与仿真方法,以及现阶段液压伺服系统的温度。控制等方面的研究成果探讨了今后液压伺服系统热特性的研究方向和重点。

1液压伺服系统温度控制的意义

液压伺服系统的温度控制主要体现在液压油的温度控制和液压伺服系统各部件的温度控制上。两者在系统运行期间相互作用并且彼此相互作用。液压油温度的升高通过对流传热导致热量传递到液压伺服元件的金属表面,从而导致液压伺服系统组件的温度升高,从而使液压组件处于低性能和低效率的工作状态。液压部件的低效运行将能量损失转换为液压油的内部能量,从而导致液压油的温度升高,从而形成恶性循环。

就液压油的性能而言,液压油温度的升高导致粘度降低,液压伺服系统的泄漏增加,并且容积效率降低。另外,由于温度上升而引起的液压油膜的强度下降导致润滑性能下降,并且系统的摩擦和磨损增加;高温还会加速液压油的氧化,从而降低机油性能和使用寿命。从密封效果来看,液压伺服系统的温度上升加剧了系统中橡胶密封件,软管等的老化,并影响了系统的密封效果。就液压部件的性能和工作状态而言,温度的升高会使液压部件发生热变形,从而使膨胀系数不同的运动副产生匹配间隙的变化,从而可能导致机械性能下降。卡纸并损坏适当的精度。通常表现为电动液压伺服阀的磨损,卡住,卡住,压力损失增加或泄漏增加。

液压伺服系统温度的升高会严重影响系统的密封可靠性,工作效率和稳定性以及系统的性能。液压伺服系统的温度控制的意义在于通过控制液压伺服系统的温度来提高液压伺服系统的温度。性能。

2液压伺服系统的加热机理

2.1液压油温度升高的原因

液压系统能量损失大,效率低。原因是液压系统中有两种能量转换。首先,通过动力装置将原动机的机械能转换为液体的压力能,然后通过液压致动器将液体的压力能转换为机械能。这不可避免地产生两个能量损失。液压油的温度升高的原因主要是因为液压系统的能量损失被转换成液压油的内部能量。这种能量损失包括流经各种阀时的节流损失和分压损失的存在,并且液压油在管道中。沿流的压力损失和分压损失,以及阀门控制过程中的溢流损失和泄漏损失等,液压控制阀通常节流损失较大,其发热对温度的影响很重要。系统的变化。因子。另外,由液压系统的机械部件的相对运动产生的摩擦热被液压油吸收,并且是油温升高的原因之一。

一般而言,使用固定泵供油的油源中的阀门控制系统的效率理论上仅为38%,而使用可变泵供油的油源的理论最大值仅为67%。

由于液压系统的各个组件具有不同的工作特性和功能,因此每个组件的发热也不同。对装载机工作装置液压系统的热特性的研究表明,各种阀门的功率损耗分别占总热量的40%,液压泵和执行器的热量输出分别占23%和20%总热量产生的管道的热量仅占总热量的17%。各种阀产生大量热量的原因是,液压系统的频繁换向导致较大的溢流损失,并且多路阀的阀口的流阻也较大,从而导致压力转换损失为热量,导致系统产生更多的热量。对空中客车A320液压系统各部件的热量产生的分析和计算表明,液压系统中伺服子系统产生的热量占整个液压系统总热量的71.6%。液压泵的热量输出占整个液压系统的总产量。热量占22.9%,液压管路的热量输出占系统总热量的4.8%,而止回阀的热量仅占系统总热量的0.8%。

在液压系统的设计过程中,低效率动力,执行器,不适当调节的控制和调节部件以及液压附件的选择也导致整个系统的能源效率低下,大量的能量转移到了液压系统。液压油。能够进入将不可避免地导致液压油温度升高。例如,如果油箱容积太小且油位太低,则液压系统将没有足够的流量带走其产生的热量,从而使液压系统中的油没有足够的循环和冷却条件,这会升高油温。

液压油粘度选择不当是影响油温升高的另一个因素。液压油的粘度过高,导致沿路径的流体摩擦增加和压力损失增加,尤其是在环境温度相对较低的地方,这会使系统油温升高得更加严重,并且还会引起气蚀,油蚀。当液体中的气泡被压缩时,温度升高,并且热气泡依次加热周围的油,这也会导致过热。低粘度,润滑性降低,摩擦损失增加,泄漏增加,效率降低,油温升高;液压系统用于管状连接,三通,收缩,阀门等,这些部件会使功率损失过多,导致系统油温升高。

2.2液压伺服元件温升的原因

液压伺服元件温度升高的主要原因是由液压油温度升高引起的对流传热将液压油的高温传递到液压元件上,并导致液压油的摩擦和磨损。液压组件内部的相对运动元件。液压伺服元件内部的机械摩擦是不可避免的,与对流传热和热变形引起的摩擦热相比,这部分摩擦产生的热量相对较小。热变形导致相对移动的组件之间的间隙发生变化。螺距越小,摩擦力就越大,液压元件就会磨损和发热。当螺距变大时,液压部件的泄漏变大,压力损失增加,并且液压伺服部件的内部压力增加。活动部件间隙的变化导致油温进一步升高,并且液压元件在传递到液压元件后也会变热。

3液压伺服系统热特性建模仿真理论与方法

3.1集总参数法

英国巴斯大学的JA Sidders,DG Tilley,P JChapple提出了一种用于研究液压系统的热液性能的建模方法。基于液压系统的质量和能量节约,建立了一系列集总参数的数学模型。该建模策略用于开环液压回路中,该回路包括液压泵,可调流量阀,热交换器和燃油箱。典型组件的模型用于预测液压系统瞬态和稳态过程的热响应。通过泵的流量损失模型和节流阀的液压性能模型来模拟温度和油粘度对系统的影响。仿真和实验结果表明,系统的热响应主要取决于燃料箱的储热能力。液压系统的动态交叉耦合效应对系统的整体热瞬态响应具有不可忽略的影响。研究所提出的建模方法已逐渐成为液压系统热特性建模的主流。

李承功和焦宗霞在基于液压系统质量和能量节约的一系列集总参数数学模型的基础上,提出了基本的热液组分的关联规则以及自动生成整个热液体系统模型的方法。在位置控制的热流体系统中,讨论了求解交叉耦合的热液体方程的积分方法。这项研究的特点是简化了热液体的一阶微分方程的表示,以简化模拟过程并减少模拟所需的时间。

3.2功率损耗法

功率损耗法主要研究液压伺服系统的稳态热平衡。该方法认为,由流经液压部件的液压油产生的动力损失全部转化为液压油吸收的热量。郭洪江研究了XGL50装载机液压系统的热平衡问题。通过计算装载机液压系统的加热功率和散热功率,得到了相应的热平衡条件,提出了解决装载机液压系统加热问题的具体方法。齐华和王玉山计算了薄板冲压液压机液压系统中液压系统的发热和散热量,建立了系统的热平衡方程,得到了冷却器散热所需的面积。基于以上热平衡计算,开发了液压系统的热平衡计算和优化程序,并提出了系统优化措施。

3.3节点方法

节点法的核心思想是将每个液压元件视为具有一定质量的节点,并具有来自外部的对流,传导和辐射。陆凤石,张晓莎提出了运载火箭液压伺服系统中节点热模型的分析方法。从电液伺服系统的发热和传热机理出发,建立了节点热物理模型,并推导了节点热数学模型。 MATLAB仿真和实验验证验证了该分析方法,为液压伺服系统温度控制方案提供了一些思路。

3.4计算流体力学方法

计算机仿真软件技术的进步及其在液压伺服系统热特性建模中的应用,使得利用计算流体力学(CFD)分析液压部件的内部流场和温度场成为可能。计算流体动力学(CFD)主要用于划分液压伺服组件仿真模型结构的有限元网格。通过设置CFD仿真所需的仿真参数和边界条件,可以获得液压伺服组件内部流场的速度和温度分布。计算流体动力学(CFD)方法可以为液压伺服系统的热特性建模获得相对准确的数学模型,并且具有更好的可视性和仿真结果的可操作性。

4液压伺服系统冷却措施

鉴于液压伺服系统的温升,现阶段的冷却措施主要包括液压回路的合理选择和配置,液压油粘度的合理选择以及油缸冷却装置的优化设计。液压系统。另外,通过合理计算油箱的储油量,可以保证油箱吸收的热量而不会大大增加油箱的体积和重量,从而在建立液压系统的热平衡时保持平衡温度,并保持液压系统处于适当的温度水平。

4.1导体散热技术的应用

作为超导热体的传热元件,热管具有传热系数高,温度分布均匀,热响应快,结构紧凑,运行可靠的优点。周恩涛,李保刚研究了热管的工作原理和结构,在液压系统的散热中提出了两种形式的热管:一种是用风扇向热管的冷凝段吹气来散热;即液体气体热管散热器;另一种方法是使用水在热管的冷凝段(即液体液体热管散热器)中散热。由于热管具有高效的传热功能,因此可以在短时间内传递大量热量,并通过其他介质快速散热。这不仅可以确保液压系统的连续性,而且可以确保有效使用液压油。

付永玲等。将热管技术应用于液压马达泵的设计中,以用于封闭液压系统中的液压马达泵的散热和其他特殊应用。然后在ANSYS中对设计结构的温度场进行了仿真和仿真。结果表明,热管散热器可以有效地消除液压马达泵产生的热量,从而降低液压马达泵中的油温并将其保持在较低水平。郭瑞,张振苗等人用半导体制冷技术代替了传统的液压油冷却方法,设计了一种新型的半导体制冷系统来控制油源的温度。制冷系统的测试结果表明,在环境温度为12°C和初始油温为38°C的条件下,半导体制冷系统可以将温度控制在37±1°C。

4.2常规冷却系统的优化设计

张庆国和秦思成研究了装载机工作装置的液压系统。为了降低液压系统的温度以建立热量平衡,将机械驱动的冷却风扇改为液压马达,而电控系统控制先导式溢流阀。实现了流量调节,使风扇转速不受发动机转速变化的影响,并通过液压系统中液压油的温度调节风扇转速,以达到最佳的散热效果。同时,与散热器并联连接的节流阀也被改变以具有温度控制流量变化,并且根据温度调节通过散热器的流量,从而提高了散热器的散热效果。实验研究还表明,在提高电气控制系统的速度以控制液动风扇的速度和回油门节流阀的流量之后,可以有效地降低液压系统的热平衡温度。

张东辉和张晓南在分析液压系统中加热现象的机理时,提出了设置液压系统冷却器的原理。常用的冷却措施是多管冷却器,风冷油冷却器,特殊气体冷却器,自然散热燃料箱以及在燃料箱中放置冷却水管的方法。本研究建议根据冷却器配置过程中产生的热量与散发的热量之间的关系来确定冷却器的配置和水箱的尺寸。给出了选择冷却器的原理和相应的计算公式。

5液压伺服系统热特性的研究方向

目前,对液压伺服系统的热特性的研究大多是定性研究,对液压伺服系统的液压伺服系统的某些类型的部件或特定类型的液压伺服系统的热特性的研究也在五月进行。 2016,马干坤等:液压系统伺服系统热特性研究综述Page 3很少有关于服务系统热特性和系统热平衡的系统研究。液压伺服系统中液压元件和液压伺服系统的建模与分析仍将是液压伺服系统热特性研究的重点。这样的研究不仅可以通过数学手段准确地描述液压伺服系统的加热机理,而且可以用于液压。伺服系统的温度控制方案具有很强的指导意义。

另一方面,对液压伺服系统的温度控制措施以及具有较低能量损耗的新型液压伺服系统的研究将是未来的研究方向之一。考虑到液压伺服系统的温度控制的重要性,解决液压系统(液压伺服系统)的温升已成为重要的研究课题。基于以上对发热机理,热特性和热平衡的理论研究,可以从油源冷却,伺服阀精度提高和液压伺服电机结构改善等方面提出具体的冷却措施。为了减少由于电动液压伺服阀的能量损失而引起的系统温升,国外研究人员还开辟了一种新型的无阀液压系统,为液压伺服系统的温度控制提供了新的研究方向。

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