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标题: 电机连接飞轮，飞轮连接油泵，这中间如何计算？ [打印本页]
作者: crz222    时间: 2015-10-10 11:17
标题: 电机连接飞轮，飞轮连接油泵，这中间如何计算？
如图，我们的机器靠瞬时压力，所以采用飞轮结构，这样可以减小电机功率。目前我们都是依靠经验值选择飞轮大小和电机功率的，上次有个客户看了机器提出希望我们的压力能保持10秒，这样大家都蒙了，虽然都知道这和飞轮惯量和飞轮速度有关，但怎么计算却都说不清，这几天也查了很多资料，各种计算方法，一个一个验证下来看似正确却都不对。

希望哪位大侠能够指点一下这个保压的时间、飞轮的大小、速度、电机功率之间的关系。

参数如下：油泵流量55ml/r   压强21MPa  电机转速1000r/min  电机功率15KW  飞轮转动惯量1.86KG.m^2   飞轮重量80KG

现在是强行加压，1秒不到，电机过载。


另外还有一个问题：动能=转动惯量*角速度平方/2  单位为焦耳      见设计手册P1-91（化学工业出版）
     1 焦耳=1 N.m       但是公式里转动惯量单位为KG.m^2，这里面有矛盾吗？

见到另一个电子书上单位为KG.m
作者: 番茄唐龙    时间: 2015-10-10 11:45
楼主的意思是飞轮里面储存的能量能在满足工作压力的情况下连续释放10s，飞轮释放能量时电机同时助力飞轮，也有可能飞轮让电机飞车，这个蛮有意思的，研究研究
作者: lanyuedao    时间: 2015-10-10 11:50
是否为“要保证泵转速在断电后10秒时的转速大于一个规定值”，而这个规定值和飞轮有关
作者: 爱猫人士薛定谔    时间: 2015-10-10 11:55
不太懂，简单说下我的理解，楼主看看是否合适
非工作状态下电机带动油泵平稳运行，当负载突然升高，出现强行“制动”，由于飞轮转动具有转动动能，对于实际上是油泵充当飞轮和电机的“制动器”，用理论力学的动力学方程就能写出来，然后要看看油泵输入和得到压力的特性，速度/输入扭矩-和压力的基本关系，就是当你需要某一个压力时候要满足条件，把这个条件放回到方程里面去，看多少制动时间内是满足条件的，当然还要考虑电机，实际上比较复杂。
作者: 祥云飞鱼    时间: 2015-10-10 12:41
10秒还是  油路上想办法  2-4秒 可行  
另外 我的思路是   GD^2（飞轮力矩）=传动系统（电机巅峰巅峰是转子力矩 ）减去油泵力矩  PS:飞轮力矩单位是 吨。平方米
得到飞轮距 在去算半径   
这种飞轮计算案例  好像在冶金机械书里面经常看到     以前的轧机 为了降低功率  都在 高速轴  装个大飞轮 （一般就持续2-4秒） ，现在控制方法改进了 都没有看到谁装了。
作者: 番茄唐龙    时间: 2015-10-10 12:57
按楼主的参数再加一个泵的容积效率0.9，理论上估算下来飞轮只能作用0.157S左右，实际电机可以短时超负荷运行，所以电机从加压至过载的时间应该会有所延长，我只是从能量守恒的角度来考虑的
作者: 无敌老大    时间: 2015-10-10 13:05
作者: 709079691    时间: 2015-10-10 13:22
  飞轮释放的量能持续，不要一下子释放；只要在10秒内释放的能力让压力能保持在规定内就可以。
   为什么我查的是（动能=转动惯量*角加速度）没别的？

作者: 番茄唐龙    时间: 2015-10-10 14:07
刚看了下内燃机的飞轮设计，据书上讲解问题远远没我想的简单，我是这样假设的（假设的前提是外界需要多少功率飞轮就能输出多少功率，在飞轮能力一定的情况下减少作用时间）没我泵输出功率为流量和压力的乘积=19.25KW，容积效率算0.9的话泵要吸收的功率为21.4KW，电机功率为15WK，实际输入功率与理论输入功率相差6.4KW，根据飞轮参数计算的飞轮在1000rpm时的储能为10058J ，如果要功率平衡的话飞轮释放的功率+电机输出功率应该≥21.4KW ，那飞轮里的10058J的能量要产生6.4KW的功率 就只能作用1.57s ，刚刚算错了不好意思
作者: 设计梦想    时间: 2015-10-10 14:47
爱猫人士薛定谔 发表于 2015-10-10 11:55
不太懂，简单说下我的理解，楼主看看是否合适
非工作状态下电机带动油泵平稳运行，当负载突然升高，出现强 ...

主要看摩擦吧，在释放过程中，除了保持要大于某个规定值外，只有摩擦在消耗能量，检测出摩擦损耗功率，规定值和摩擦做功的总和应该就是飞轮中要储存的总能量了，而摩擦做功的时间要在10S以上吧
作者: 尘世天涯    时间: 2015-10-10 15:25
番茄唐龙 发表于 2015-10-10 14:07
刚看了下内燃机的飞轮设计，据书上讲解问题远远没我想的简单，我是这样假设的（假设的前提是外界需要多少功 ...

唐龙兄，

这个计算方法初看没问题，但细想就发现，跟实际情况是相悖的

楼主提供的油泵的压力和流量应该是基于额定输入转速的情况，但是由于电机是小马拉大车，一旦加上负载，转速会迅速降低，由于转速的降低，油泵压力和流量也会相应降低。因此等飞轮的动能完全释放的时候，压力已经降低为0.

所以只能近似计算，给油泵增加比例调压阀，保证输出压力的恒定。阀的工作应力应高于保压压力，电机额定转速应高于保压压力和保压流量需要的转速。
根据电机额定转速和保压转速，就能得到一个飞轮的动能差值，使用这个差值进行计算

但是这个方法也只能近似计算，因为在整个过程中流量是在变化的，而电机的输入功率也是变化的（转差率逐渐变大）

说的比较混乱，期待高人继续这个话题。



作者: wl7263920    时间: 2015-10-10 20:51
泵需要的扭矩确定了，，时间确定了，飞轮角速度确定了，求转动惯量套公式 J(ω-ω0)＝Tt，不应该相差这么远吧？也可以同上面的用能量守恒算啊。
作者: wl7263920    时间: 2015-10-10 21:15
wl7263920 发表于 2015-10-10 20:51
泵需要的扭矩确定了，，时间确定了，飞轮角速度确定了，求转动惯量套公式 J(ω-ω0)＝Tt，不应该相差这么远 ...

泵在一定压力上的扭矩是恒定的，可以找选型手册
作者: hc2003    时间: 2015-10-10 21:40
是否可以考虑： 储能器，储存10秒
换一种思路
作者: 刘嵩    时间: 2015-10-10 21:58
保持压力，能不能用伺服阀？

补充内容 (2015-10-11 16:13):
楼主这个东西像不像冲床？电机直接带飞轮？电机启动扭矩够吗？
我觉得可以加个离合器，到10s断开，
楼主这个，应该从整个系统上分析，而不是单改一个飞轮。
作者: 祥云飞鱼    时间: 2015-10-11 00:35
本帖最后由 祥云飞鱼 于 2015-10-11 00:37 编辑
尘世天涯 发表于 2015-10-10 15:25
(, 下载次数: 69)

这个确实是要考虑 转差率差率 和电机负荷曲线。 单纯能量守恒来算 会对电机的 造成伤害啊 。
作者: 去缸活塞泵    时间: 2015-10-11 00:45
你的计算公式我不懂，但是我知道飞轮的动量和它的直径成正比，不知道对你是否有帮助。
作者: zerowing    时间: 2015-10-11 23:36
大侠，问几个问题。
1.是不是定量泵。
2.保压压力和无负载时压力是多少？
作者: zerowing    时间: 2015-10-12 00:40
大概说说个人见解。以电机不过载为前提，首先判定飞轮的最大蓄能极限，也就是1/2*J*ｗ^2。w是你无负载状态下所能保持的最大转速。一般来说应该等于你的电机额定转速。有了这些再回过头来判断负载情况。
我们先不分析弹性储能问题和摩擦损耗问题。假定系统是一个定量泵。也就是说，如果保持流量不变，从空载带满负载，其实会是一个无限大功率问题。因此一定存在一定的转速损失或者丢转。如果是变量泵就是另一回事儿。
我们继续讨论定量泵情况。也就是说，加负载后，一定存在一个先转速降低，压力骤升的阶段，然后才可能有转速回升或稳定，流量回升或稳定的情况。针对你现场电机偏小的情况，回升基本不可能了。那么我们只研究一个最终态，并以此推断可能性。
所谓最终态，无非两种.一，10秒转速持续降低，10秒后要么在某一时刻整个系统在一个低转速内运行，要么堵转在某一时刻。或者10内某一刻整个系统就维持一个速度运行。但维持某一个低转速状态，要具体参考电机的控制情况。这个就不展开了。考虑到本题中既定的小马拉大车事实，因此排除稳态，只考虑10后某一时刻堵转。
10秒后稳定或堵转。这种情况时，需要保证两点。一方面飞轮在10秒内有足够的动能残留，另一方面，电机转速和输出扭矩组成的功率曲线必须满足不过载。对于前者，通过考量计算恒压下转速变化，可以直接由飞轮参数计算出消耗能量和残余惯性势能，并以此得出电机输出扭矩，计算电机功率情况。通过验证10秒内所有情况，判断是否应该增大飞轮或者换大功率电机。

总的来说，这是一个需要同时考虑电机功率控制曲线和飞轮残余惯性势能的问题。
浅见，仅供参考
作者: andyany    时间: 2015-10-12 08:49
测量如下情况下的全过程压力流量曲线，然后再分析。
1 飞轮电机都不变；
2 飞轮惯量加倍，电机功率不变；
3 飞轮惯量不变，电机功率加倍；
4 飞轮惯量加倍，电机功率加倍。
供参考。
作者: 709079691    时间: 2015-10-12 08:56
zerowing 发表于 2015-10-12 00:40
大概说说个人见解。以电机不过载为前提，首先判定飞轮的最大蓄能极限，也就是1/2*J*ｗ^2。w是你无负载状态下 ...

     定量泵的概念好像是额定转速下输出的流量是定值不可调吧！如果这系统使用定量泵，飞轮释放最大势能后，转速降低、流量减小，能抵消液压系统自己的压降速度也很关键。
     楼主这结构本来是用做冲击的，冲击是讲究一下子释放；现在需要保持10秒，做肯定能做到；但不能想象长期10秒堵转的电机价格多少，所以劝楼主还是用液压蓄能器和液压来控制比较好点。
作者: crz222    时间: 2015-10-12 09:08
zerowing 发表于 2015-10-12 00:40
大概说说个人见解。以电机不过载为前提，首先判定飞轮的最大蓄能极限，也就是1/2*J*ｗ^2。w是你无负载状态下 ...

大侠分析得非常对，“一方面飞轮在10秒内有足够的动能残留，另一方面，电机转速和输出扭矩组成的功率曲线必须满足不过载。”这两个问题我想先把第一个解决掉，可惜本人愚钝，找了很多资料，看了都是迷迷糊糊，似对非对的，大侠是否可以指导一下，非常感谢。
作者: shidajin    时间: 2015-10-12 11:41
wydabl 发表于 2015-10-12 11:02
如果保压是指液压系统中的油缸不动，那为何不由液压系统自己来解决呢？不清楚保压具体指什么？

个人感觉还是储能比较靠谱。单纯加大飞轮，有可能会带来副作用，比如油路的不稳定等。
作者: zerowing    时间: 2015-10-12 12:39
指导谈不上，只说说个人思路。
不知道大侠具体的加载情况是如何的，但是有几个值可以预先确定以下。空载稳定状态时，电机的输出扭矩N1，转速n1，泵压P1，流量q1。
加载后，溢流保压，泵压P2，流量f(q2)，转速f(n2)，电机输出扭矩f(N2)。
所有的f()都是函数相，需要求解。
假定一个最小堵转情况（10秒堵）（PS，这里插一句，22楼大侠说的堵转10秒是不恰当的。我们的目标是不堵转，而不是维持堵转状态。堵转和降速升矩是两回事儿。）。在这个假设前提下，我们可以得到一个速度首末值，从n1到0。同时，也知道负载扭矩恒定为（P2-P1)*a。其中a 为泵参数，这个值具体怎么算，要参考泵的类型，内泄情况，流体参数等，也可以实测该状态下的轴扭矩。设这个值为N3。那么此时，你要选择一个速度曲线进行分析。一般来说，我们分析最恶劣情况，那么速度曲线可以看作是最速降曲线，也就是摆线。根据首末值，确定摆线方程f(n2)。函数求导，得到角加速度函数df(n2). 对速度曲线和恒定负载扭矩的乘积作10秒积分（注意单位换算）。得到这10秒所需提供的最小能量值。扣除恒功率电机10提供的能量值，就是你飞轮必须储备的最小能量值。当然，这里还需要再验证一步。
用角加速度函数同飞轮惯性矩乘积，得到飞轮的输出扭矩函数 f(NL). 对 飞轮矩函数和转速函数乘积作10秒积分（注意单位换算），得到飞轮输出总能量，验证该值是否大于等于之前计算得到的最小储备能量值。如果该值小，则表明飞轮尺寸不够，增加I值再次校核。大于，则可能仅表示实际转速曲线更平滑，曲率更大。
再用负载扭矩减飞轮输出扭矩得到电机端输出扭矩函数。画函数曲线图对比电机转速扭矩图，判断是否过载。

以上条件都满足时，再通过其它参数比如转差之类进行数据修正，即可得到所需的参数。

以上分析仅为个人观点，不代表前人研究成果。欢迎懂行大侠排砖，亦供楼主参考。
作者: 去缸活塞泵    时间: 2015-10-12 13:37
考虑过用布带传动吗？飞轮和工作机构之间用布带传动，能够打滑。图示的这种轴传动硬连接很容易憋电机。
作者: itwotwo    时间: 2015-10-14 01:06
如果依靠飞轮动能做功，则是一直减速，而且输出功率越来越小。带动泵实际做功时，扭矩保持不变才有稳定压力，还要考虑到泄漏，流量要大于泄漏临界值，要求转速>某值w0，有P*10=E0-E10=1/2*I*[（-10a+w0）^2-w0^2], a为角加速度=Tq/I, 其中还没算入泄漏耗费的无用功率。
I的单位是KG·m^2
作者: 我为人民    时间: 2015-10-14 09:06
期待专家
作者: 只要一杯咖啡    时间: 2016-9-14 14:40
番茄唐龙 发表于 2015-10-10 11:45
楼主的意思是飞轮里面储存的能量能在满足工作压力的情况下连续释放10s，飞轮释放能量时电机同时助力飞轮， ...

你好，还在线么
作者: 武当问道    时间: 2016-9-14 16:06
为什么要保持10S，这10S是什么状态，如果可以的话，换个电磁阀就行了，多少秒都能



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