3600吨玻璃钢汽车后挡板油压机电机速度控制优化设计

山东威力重工假设我们必须用带有液压马达的输送机为输送集料提供动力。输送机速度必须可变，但没有专用泵。因此，我们必须用3600吨玻璃钢汽车后挡板油压机比例阀控制电机速度。我们可以使用带有压力补偿泵的液压动力装置来提供1800 psi的压力。输送机电机必须提供2500磅的输入。转速为2400转/分钟的减速器驱动输送机的主滑轮。因此，我们的任务是确定电机和阀门的最佳尺寸，以提供所需的扭矩和速度。

计算阀门系数
我们的第一步是计算所需的电机排量。由于应用需要高速电机，因此失速时的机械效率预计约为80％，泄漏将导致阀门压力下降约为供给压力的5％ - 90 psid。如果没有钻研这里的推导，我们计算揭示的位移是在17.22 in.³个 /rev.*

为了保持低成本，我们将指定一个齿轮电机，因此我们预计容积效率约为88％，机械效率在90％范围内。该信息与电机位移相结合，可用于计算阀门系数。对于这个例子，阀门系数是28.33，但为了说明计算的复杂性，阀门系数的单位是 in.³ /（秒psid^1/2）。但我们还没完成; 现在必须将3600吨玻璃钢汽车后挡板油压机阀门系数转换为阀门的额定流量。因为我们将使用比例阀，根据ISO 10770-1，额定压力为145 psid，或1 MPa。总系数为28.33的阀门额定流量按标准孔口方程计算为88.6 gpm。


指定组件
此时我们必须找到一个真正的阀门和一个真正的电机，知道最佳尺寸的阀门将额定为88.6加仑/分钟，并且最佳尺寸的电机将具有17.22 in.³ /rev的排量。没有现成的具有这些精确值的电机，因此选择必须妥协。必须对特定组件进行评估，以确保受损值能够满足电机速度和负载位移的设计目标。在验证时，我们将了解所有电机和阀门参数。

如果选择略大于最佳的阀门和电机，并且实际效率至少与我们计算的效率一样好，则所选硬件将始终满足设计目标。很多时候，一个组件的尺寸可以略小一些，另一个组件的尺寸稍大，组合也可以。但是，如果两个部件尺寸过小，则不会向负载提供足够的功率以同时满足速度和扭矩要求。

这是一般性讨论，因此在评估商用阀门和电机时，我们将避免覆盖特定品牌的产品。相反，假设我们发现阀门和电机的大小与我们的计算相同。

流量要求
一旦确定了电机和阀门的尺寸，就可以使用包含位移，速度和容积效率的众所周知的关系来计算功率单元的流量要求：


其中Q M是电机流量，in.³/ sec
D_M是电机排量，in.³/ sec
N_M是电机速度，rpm
E_M是电机效率，％

对于示例问题，我们对设计点的流程感兴趣，因此：


请注意，比例阀的额定功率仅为88 gpm，但要求在203 gpm下运行 - 阀门的工作流量是其额定流量的两倍以上。这可能是一个问题，取决于选择的比例阀。

所有阀门都受到内部流动力的作用，当压力下降和流量很高时，该内部流动力会关闭阀芯。如果用于定位阀芯的方法不能产生足够的力来将阀芯保持在其指令位置或靠近流动力，则保持速度将是不可能的，尤其是当负载较轻时。

另一方面，这种尺寸的阀门不能直接作用。相反，它必须是先导式操作，并且3600吨玻璃钢汽车后挡板油压机液压先导操作员通常能够产生比流动更多的力。无论如何，必须咨询阀门制造商以评估所选阀门的适用性。

如果负载被移除，电动机将加速到转换速度，也称为空载速度。可以通过计算轴速度并在电机上施加空载条件来确定转换速度。问题是，我们需要知道在无负载或低负载条件下的空载转矩和机械效率。由于机械效率是负载和速度的非常非线性函数，因此解决方案变得复杂。但是，存在用于估计某些值的直观手段。

在我们的输送机应用中，当皮带上没有聚合物时，会发生空载状态。因此，电动机只需要克服其自身的内部摩擦，齿轮箱中的摩擦以及空输送机中的摩擦。换句话说，电动机上的负载比电动机轴完全自由时更多。因此，估计推进空输送机所需的压力可能比获得空载扭矩和机械效率的良好数据更容易。

在这种应用中，期望将空输送机移动所需的压力高达供应压力的20％或30％是合理的。对于我们的示例问题，我们假设电机需要大约400 psid的压降才能驱动3600吨玻璃钢汽车后挡板油压机空输送机。我们还需要了解在这些低负载条件下电机的容积效率。电机在无负载时接近100％的容积效率，因此将其设置为100％是合理的。

如果电机必须在全系统压力，1800 psi，输送机上无负载以及全开控制阀的情况下运行，那么动力单元必须能够提供275 gpm以维持3693 rpm。