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標題: 電機連接飛輪，飛輪連接油泵，這中間如何計算？ [打印本頁]

作者: crz222 時間: 2015-10-10 11:17
標題: 電機連接飛輪，飛輪連接油泵，這中間如何計算？
如圖，我們的機器靠瞬時壓力，所以采用飛輪結構，這樣可以減小電機功率。目前我們都是依靠經驗值選擇飛輪大小和電機功率的，上次有個客戶看了機器提出希望我們的壓力能保持10秒，這樣大家都蒙了，雖然都知道這和飛輪慣量和飛輪速度有關，但怎么計算卻都說不清，這幾天也查了很多資料，各種計算方法，一個一個驗證下來看似正確卻都不對。

希望哪位大俠能夠指點一下這個保壓的時間、飛輪的大小、速度、電機功率之間的關系。

參數如下：油泵流量55ml/r 壓強21MPa  電機轉速1000r/min  電機功率15KW  飛輪轉動慣量1.86KG.m^2 飛輪重量80KG

現在是強行加壓，1秒不到，電機過載。

另外還有一個問題：動能=轉動慣量*角速度平方/2  單位為焦耳    見設計手冊P1-91（化學工業出版）
   1 焦耳=1 N.m    但是公式里轉動慣量單位為KG.m^2，這里面有矛盾嗎？

見到另一個電子書上單位為KG.m

作者: 番茄唐龍 時間: 2015-10-10 11:45
樓主的意思是飛輪里面儲存的能量能在滿足工作壓力的情況下連續釋放10s，飛輪釋放能量時電機同時助力飛輪，也有可能飛輪讓電機飛車，這個蠻有意思的，研究研究

作者: lanyuedao 時間: 2015-10-10 11:50
是否為“要保證泵轉速在斷電后10秒時的轉速大于一個規定值”，而這個規定值和飛輪有關

作者: 愛貓人士薛定諤 時間: 2015-10-10 11:55
不太懂，簡單說下我的理解，樓主看看是否合適
非工作狀態下電機帶動油泵平穩運行，當負載突然升高，出現強行“制動”，由于飛輪轉動具有轉動動能，對于實際上是油泵充當飛輪和電機的“制動器”，用理論力學的動力學方程就能寫出來，然后要看看油泵輸入和得到壓力的特性，速度/輸入扭矩-和壓力的基本關系，就是當你需要某一個壓力時候要滿足條件，把這個條件放回到方程里面去，看多少制動時間內是滿足條件的，當然還要考慮電機，實際上比較復雜。

作者: 祥云飛魚 時間: 2015-10-10 12:41
10秒還是  油路上想辦法  2-4秒可行
另外我的思路是 GD^2（飛輪力矩）=傳動系統（電機巔峰巔峰是轉子力矩）減去油泵力矩  PS:飛輪力矩單位是噸。平方米
得到飛輪距在去算半徑
這種飛輪計算案例  好像在冶金機械書里面經常看到    以前的軋機為了降低功率  都在高速軸  裝個大飛輪（一般就持續2-4秒），現在控制方法改進了都沒有看到誰裝了。

作者: 番茄唐龍 時間: 2015-10-10 12:57
按樓主的參數再加一個泵的容積效率0.9，理論上估算下來飛輪只能作用0.157S左右，實際電機可以短時超負荷運行，所以電機從加壓至過載的時間應該會有所延長，我只是從能量守恒的角度來考慮的

作者: 無敵老大 時間: 2015-10-10 13:05

作者: 709079691 時間: 2015-10-10 13:22
飛輪釋放的量能持續，不要一下子釋放；只要在10秒內釋放的能力讓壓力能保持在規定內就可以。
為什么我查的是（動能=轉動慣量*角加速度）沒別的？

作者: 番茄唐龍 時間: 2015-10-10 14:07
剛看了下內燃機的飛輪設計，據書上講解問題遠遠沒我想的簡單，我是這樣假設的（假設的前提是外界需要多少功率飛輪就能輸出多少功率，在飛輪能力一定的情況下減少作用時間）沒我泵輸出功率為流量和壓力的乘積=19.25KW，容積效率算0.9的話泵要吸收的功率為21.4KW，電機功率為15WK，實際輸入功率與理論輸入功率相差6.4KW，根據飛輪參數計算的飛輪在1000rpm時的儲能為10058J ，如果要功率平衡的話飛輪釋放的功率+電機輸出功率應該≥21.4KW ，那飛輪里的10058J的能量要產生6.4KW的功率就只能作用1.57s ，剛剛算錯了不好意思

作者: 設計夢想 時間: 2015-10-10 14:47

愛貓人士薛定諤發表于 2015-10-10 11:55
不太懂，簡單說下我的理解，樓主看看是否合適
非工作狀態下電機帶動油泵平穩運行，當負載突然升高，出現強 ...

主要看摩擦吧，在釋放過程中，除了保持要大于某個規定值外，只有摩擦在消耗能量，檢測出摩擦損耗功率，規定值和摩擦做功的總和應該就是飛輪中要儲存的總能量了，而摩擦做功的時間要在10S以上吧

作者: 塵世天涯 時間: 2015-10-10 15:25

番茄唐龍發表于 2015-10-10 14:07
剛看了下內燃機的飛輪設計，據書上講解問題遠遠沒我想的簡單，我是這樣假設的（假設的前提是外界需要多少功 ...

唐龍兄，

這個計算方法初看沒問題，但細想就發現，跟實際情況是相悖的

樓主提供的油泵的壓力和流量應該是基于額定輸入轉速的情況，但是由于電機是小馬拉大車，一旦加上負載，轉速會迅速降低，由于轉速的降低，油泵壓力和流量也會相應降低。因此等飛輪的動能完全釋放的時候，壓力已經降低為0.

所以只能近似計算，給油泵增加比例調壓閥，保證輸出壓力的恒定。閥的工作應力應高于保壓壓力，電機額定轉速應高于保壓壓力和保壓流量需要的轉速。
根據電機額定轉速和保壓轉速，就能得到一個飛輪的動能差值，使用這個差值進行計算

但是這個方法也只能近似計算，因為在整個過程中流量是在變化的，而電機的輸入功率也是變化的（轉差率逐漸變大）

說的比較混亂，期待高人繼續這個話題。

作者: wl7263920 時間: 2015-10-10 20:51
泵需要的扭矩確定了，，時間確定了，飛輪角速度確定了，求轉動慣量套公式 J(ω-ω0)＝Tt，不應該相差這么遠吧？也可以同上面的用能量守恒算啊。

作者: wl7263920 時間: 2015-10-10 21:15

wl7263920 發表于 2015-10-10 20:51
泵需要的扭矩確定了，，時間確定了，飛輪角速度確定了，求轉動慣量套公式 J(ω-ω0)＝Tt，不應該相差這么遠 ...

泵在一定壓力上的扭矩是恒定的，可以找選型手冊

作者: hc2003 時間: 2015-10-10 21:40
是否可以考慮：儲能器，儲存10秒
換一種思路

作者: 劉嵩 時間: 2015-10-10 21:58
保持壓力，能不能用伺服閥？

補充內容 (2015-10-11 16:13):
樓主這個東西像不像沖床？電機直接帶飛輪？電機啟動扭矩夠嗎？
我覺得可以加個離合器，到10s斷開，
樓主這個，應該從整個系統上分析，而不是單改一個飛輪。

作者: 祥云飛魚 時間: 2015-10-11 00:35
本帖最后由祥云飛魚于 2015-10-11 00:37 編輯

塵世天涯發表于 2015-10-10 15:25
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這個確實是要考慮轉差率差率和電機負荷曲線。單純能量守恒來算會對電機的造成傷害啊。

作者: 去缸活塞泵 時間: 2015-10-11 00:45
你的計算公式我不懂，但是我知道飛輪的動量和它的直徑成正比，不知道對你是否有幫助。

作者: zerowing 時間: 2015-10-11 23:36
大俠，問幾個問題。
1.是不是定量泵。
2.保壓壓力和無負載時壓力是多少？

作者: zerowing 時間: 2015-10-12 00:40
大概說說個人見解。以電機不過載為前提，首先判定飛輪的最大蓄能極限，也就是1/2*J*ｗ^2。w是你無負載狀態下所能保持的最大轉速。一般來說應該等于你的電機額定轉速。有了這些再回過頭來判斷負載情況。
我們先不分析彈性儲能問題和摩擦損耗問題。假定系統是一個定量泵。也就是說，如果保持流量不變，從空載帶滿負載，其實會是一個無限大功率問題。因此一定存在一定的轉速損失或者丟轉。如果是變量泵就是另一回事兒。
我們繼續討論定量泵情況。也就是說，加負載后，一定存在一個先轉速降低，壓力驟升的階段，然后才可能有轉速回升或穩定，流量回升或穩定的情況。針對你現場電機偏小的情況，回升基本不可能了。那么我們只研究一個最終態，并以此推斷可能性。
所謂最終態，無非兩種.一，10秒轉速持續降低，10秒后要么在某一時刻整個系統在一個低轉速內運行，要么堵轉在某一時刻。或者10內某一刻整個系統就維持一個速度運行。但維持某一個低轉速狀態，要具體參考電機的控制情況。這個就不展開了。考慮到本題中既定的小馬拉大車事實，因此排除穩態，只考慮10后某一時刻堵轉。
10秒后穩定或堵轉。這種情況時，需要保證兩點。一方面飛輪在10秒內有足夠的動能殘留，另一方面，電機轉速和輸出扭矩組成的功率曲線必須滿足不過載。對于前者，通過考量計算恒壓下轉速變化，可以直接由飛輪參數計算出消耗能量和殘余慣性勢能，并以此得出電機輸出扭矩，計算電機功率情況。通過驗證10秒內所有情況，判斷是否應該增大飛輪或者換大功率電機。

總的來說，這是一個需要同時考慮電機功率控制曲線和飛輪殘余慣性勢能的問題。
淺見，僅供參考

作者: andyany 時間: 2015-10-12 08:49
測量如下情況下的全過程壓力流量曲線，然后再分析。
1 飛輪電機都不變；
2 飛輪慣量加倍，電機功率不變；
3 飛輪慣量不變，電機功率加倍；
4 飛輪慣量加倍，電機功率加倍。
供參考。

作者: 709079691 時間: 2015-10-12 08:56

zerowing 發表于 2015-10-12 00:40
大概說說個人見解。以電機不過載為前提，首先判定飛輪的最大蓄能極限，也就是1/2*J*ｗ^2。w是你無負載狀態下 ...

定量泵的概念好像是額定轉速下輸出的流量是定值不可調吧！如果這系統使用定量泵，飛輪釋放最大勢能后，轉速降低、流量減小，能抵消液壓系統自己的壓降速度也很關鍵。
樓主這結構本來是用做沖擊的，沖擊是講究一下子釋放；現在需要保持10秒，做肯定能做到；但不能想象長期10秒堵轉的電機價格多少，所以勸樓主還是用液壓蓄能器和液壓來控制比較好點。

作者: crz222 時間: 2015-10-12 09:08

zerowing 發表于 2015-10-12 00:40
大概說說個人見解。以電機不過載為前提，首先判定飛輪的最大蓄能極限，也就是1/2*J*ｗ^2。w是你無負載狀態下 ...

大俠分析得非常對，“一方面飛輪在10秒內有足夠的動能殘留，另一方面，電機轉速和輸出扭矩組成的功率曲線必須滿足不過載。”這兩個問題我想先把第一個解決掉，可惜本人愚鈍，找了很多資料，看了都是迷迷糊糊，似對非對的，大俠是否可以指導一下，非常感謝。

作者: shidajin 時間: 2015-10-12 11:41

wydabl 發表于 2015-10-12 11:02
如果保壓是指液壓系統中的油缸不動，那為何不由液壓系統自己來解決呢？不清楚保壓具體指什么？

個人感覺還是儲能比較靠譜。單純加大飛輪，有可能會帶來副作用，比如油路的不穩定等。

作者: zerowing 時間: 2015-10-12 12:39
指導談不上，只說說個人思路。
不知道大俠具體的加載情況是如何的，但是有幾個值可以預先確定以下。空載穩定狀態時，電機的輸出扭矩N1，轉速n1，泵壓P1，流量q1。
加載后，溢流保壓，泵壓P2，流量f(q2)，轉速f(n2)，電機輸出扭矩f(N2)。
所有的f()都是函數相，需要求解。
假定一個最小堵轉情況（10秒堵）（PS，這里插一句，22樓大俠說的堵轉10秒是不恰當的。我們的目標是不堵轉，而不是維持堵轉狀態。堵轉和降速升矩是兩回事兒。）。在這個假設前提下，我們可以得到一個速度首末值，從n1到0。同時，也知道負載扭矩恒定為（P2-P1)*a。其中a 為泵參數，這個值具體怎么算，要參考泵的類型，內泄情況，流體參數等，也可以實測該狀態下的軸扭矩。設這個值為N3。那么此時，你要選擇一個速度曲線進行分析。一般來說，我們分析最惡劣情況，那么速度曲線可以看作是最速降曲線，也就是擺線。根據首末值，確定擺線方程f(n2)。函數求導，得到角加速度函數df(n2). 對速度曲線和恒定負載扭矩的乘積作10秒積分（注意單位換算）。得到這10秒所需提供的最小能量值。扣除恒功率電機10提供的能量值，就是你飛輪必須儲備的最小能量值。當然，這里還需要再驗證一步。
用角加速度函數同飛輪慣性矩乘積，得到飛輪的輸出扭矩函數 f(NL). 對飛輪矩函數和轉速函數乘積作10秒積分（注意單位換算），得到飛輪輸出總能量，驗證該值是否大于等于之前計算得到的最小儲備能量值。如果該值小，則表明飛輪尺寸不夠，增加I值再次校核。大于，則可能僅表示實際轉速曲線更平滑，曲率更大。
再用負載扭矩減飛輪輸出扭矩得到電機端輸出扭矩函數。畫函數曲線圖對比電機轉速扭矩圖，判斷是否過載。

以上條件都滿足時，再通過其它參數比如轉差之類進行數據修正，即可得到所需的參數。

以上分析僅為個人觀點，不代表前人研究成果。歡迎懂行大俠排磚，亦供樓主參考。

作者: 去缸活塞泵 時間: 2015-10-12 13:37
考慮過用布帶傳動嗎？飛輪和工作機構之間用布帶傳動，能夠打滑。圖示的這種軸傳動硬連接很容易憋電機。

作者: itwotwo 時間: 2015-10-14 01:06
如果依靠飛輪動能做功，則是一直減速，而且輸出功率越來越小。帶動泵實際做功時，扭矩保持不變才有穩定壓力，還要考慮到泄漏，流量要大于泄漏臨界值，要求轉速>某值w0，有P*10=E0-E10=1/2*I*[（-10a+w0）^2-w0^2], a為角加速度=Tq/I, 其中還沒算入泄漏耗費的無用功率。
I的單位是KG·m^2

作者: 我為人民 時間: 2015-10-14 09:06
期待專家

作者: 只要一杯咖啡 時間: 2016-9-14 14:40

番茄唐龍發表于 2015-10-10 11:45
樓主的意思是飛輪里面儲存的能量能在滿足工作壓力的情況下連續釋放10s，飛輪釋放能量時電機同時助力飛輪， ...

你好，還在線么

作者: 武當問道 時間: 2016-9-14 16:06
為什么要保持10S，這10S是什么狀態，如果可以的話，換個電磁閥就行了，多少秒都能

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