广场砖粉末成型液压机液压系统设计要点

广场砖粉末成型液压机系统设计通常要求克服特定负载并以某种所需速度运行。这称为设计点或设计目标。另一个现实是，当致动器加速，减速和停止时，大多数机器需要在基本上无限数量的操作条件下操作。在设计系统时，设计点必须适应机器整个使用寿命期望的绝对最坏情况操作点。

设计人员必须调查所有可能的操作条件并确定最坏的情况。在许多系统中，这是需要为负载提供最大功率的操作点。此外，这种最坏情况可能仅在液压缸伸出时发生，或者仅在液压缸缩回时发生。

评估计算
本讨论中的设计意味着适当调整广场砖粉末成型液压机液压系统的尺寸以满足应用的要求。在图形意义上，它意味着设计者必须调整操作范围，以使最坏情况的操作点在操作范围内。所有其他操作条件必须在操作范围内。

通过选择供应压力，P_S，液压缸尺寸，A_PE和阀门尺寸K_VPL的正确组合来调整操作范围。但是存在一个两难问题：只有一个工作点被指定为设计目标，只有一个方程（VCCM方程）存在，但有三个未知数。

存在无限多种可能的VCCM方程解。这是应用最大功率传输的概念的地方，这产生了第二个要满足的操作点。现在我们可以设置两个具有三个未知数的方程，这更易于管理。当设计者使用最大功率传递定理时，所得到的系统被认为是最佳设计并产生最佳控制。

鉴于现在存在两个方程和三个未知数，同样存在无数个解。但是，所有三个参数必须代表现实的工业情况。当设计伺服或比例系统时，通常存在对系统压力的一些知识或约束。实际上，对于我设计的每个系统，压力都是由我无法控制的因素预先确定的。这是一个令人愉快的场景，因为我们现在有两个方程式和两个未知数，我们可以同时求解最好的阀门和最好的液压缸来实现我们的设计目标！


一个实际例子
假设我们建立了一个设计目标，其中最坏情况需要42,100磅的力，速度为11.5英寸/秒。进一步假设我们必须使用现有的功率单元，其输出压力为3400 PSi。如果不考虑数学，那么这个圆柱体的最佳尺寸公式是：

A_PE = 1.5 f_L, _DP ÷ P_S,

其中甲PE是动力端部区域中英寸2（其可以是任一在盖的端部区域或杆端的环形区域，这取决于液压缸是否伸出或缩回），

f_L,_DP是必需的设计点载荷力，单位为lb，必须在指定的设计点速度下在液压缸杆处产生，并且

P _S是供给压力，单位为PSi（阀门P端口的压力。在本例中，指定为3400 PSi）。

最佳阀门尺寸为：

K_VPL = √2A_PE³V_DP²÷ f_L,_DP(1+ρv³/ρc²),

其中V_DP是设计点所需的输出速度，in./sec; 它没有单位，

ρv是阀比，其现在被选择时，在设计时; 它没有单位。我们将使用现成的阀门，因此，期望对称性，意味着阀门比率为1，ρc是缸面积比，这提出了另一个数学困境。在我们选择广场砖粉末成型液压机液压缸之前我们需要知道液压缸比率，如果尚未选择液压缸，我们怎么知道？

存在两种可能性。首先，我们可以选择液压缸，因为第一个方程计算动力端面积。这是购买真正的工业液压缸的足够信息。如果我们还选择了标准尺寸的杆，我们也会知道面积比。第二种可能性是估计或预测典型值可能是什么，然后将实际液压缸选择推迟到计算阀门系数之后。

大多数工业液压缸的延伸面积比在约1.3和1.5之间。作为第一个猜测，1.33333（4÷3）是好的，因为具有2：1孔 - 杆直径比的圆柱体的面积比均为1.33333。

最后，K_VPL是供电土地的阀系数in.³/√psi。一旦计算出阀门系数，就可以开始阀门购物。我强调，前一个等式的计算值将产生最佳的阀门尺寸，但真正的阀门可能会有所不同。设计者必须选择一个系数足够接近最佳值的阀门。


对于前面提到的示例问题，当计算出最佳面积和阀门系数时，这些值为：

A_PE = 18.575 in.² and

K_VPL = 7.57 in.³/√PSi.

最佳液压缸面积对应于4.863英寸的孔径，因此我们将使用下一个更高的标准孔径液压缸，即5英寸。阀门系数必须转换为额定流量。额定流量的值取决于是使用伺服阀还是比例阀。

根据ISO / 10770-1的最新ISO标准，伺服阀的额定流量为7 MPa或1015 PSi。这意味着对称伺服阀的每个平台将承受507.5 PSid的压降。另一方面，比例阀的流量额定为1 Mpa，或整个阀门的流量为145 PSi，或者当阀门对称时为一个平台的流量为57.5 PSid。额定流量由基本孔口公式计算：


Q_r = K_VPL × ∆P_Qr

其中K VPL是刚刚为阀门系数计算的值，

Δ P是流等级压力（无论是507.5 PSiD用于伺服阀或57.5 PSiD比例阀），

和Q_r是阀门的额定流量，代表阀门目录中列出的必须获得的值。请注意，本机单位的工作时间为in.³/sec，并且必须在大多数美国目录中转换为gpm。对于我们的示例，为最佳伺服阀计算的额定流量为44.3 gpm。对于比例阀，额定流量为16.7加仑/分钟。

如果我们使用真正的工业液压缸，它的孔径比最佳液压缸略大。所以我们必须担心44.3加仑/分钟的阀门可能太小而无法在3400磅/平方英寸的供应压力下达到11.5英寸/秒的目标速度。我们可以操纵VCCM方程来检查情况，但现在，知道速度，负载力，液压缸面积（5英寸孔径，19.635英寸2）和供应压力：

K_VPL= (v_DP²×A_PE³) ÷ (P _SA_PE– f_L,_DP)

所有值都已知的地方（我们将使用21/2英寸的杆直径，以保持4：3的面积比）。新的阀门系数变为：

K_VPL = 7.6 in.³/√PSi

对于伺服阀，Q_r = 44.5加仑/分; 对于比例阀，Q_r = 16.8加仑/分钟。

作为总结陈述，请注意，没有规定在广场砖粉末成型液压机液压缸伸出或缩回时是否要移动该负载。然而，在假设液压缸将延伸的情况下解决了该问题。关键值是假设的汽缸比（4÷3），根据定义，它是在扩展。


不同的场景
假设我们必须在液压缸缩回时设计具有负载和速度值的系统。可以使用完全相同的公式。但是，液压缸比率将反转为3÷4，计算出的面积将是环形的杆端区域。为了太空利益，这里不会评估这种情况。

可以通过操纵VCCM方程来研究更多情况和场景，但这里不再探讨。例如，我们可能需要次优设计策略，其在设计点处产生较低的压降，或者使用非对称的（阀比不等于1）。

一些有趣的性能增强可能来自非对称阀门比率。一个非常重要的一点是，可以在没有气蚀的情况下容纳大的超负荷负载，并且不会牺牲任何控制或效率。

我的目的是为我们的阀门引入阀门系数的功能和灵活性，而不是发布额定流量的传统行业惯例。K V是阀门的特性。即使阀门坐在架子上，阀门中的每个平台或孔口都具有K V值。另一方面，额定流量是阀门仅在广场砖粉末成型液压机阀门的额定流量压力下运行时才会出现的情况。

在现实世界中，这基本上永远不会发生。引起混淆的是两种不同的标准流量额定压力 - 一种用于伺服阀，另一种用于比例阀。当我们知道阀门系数时，我们可以在任何条件下计算流量，而不仅仅是在额定压力下。