李正祥

(重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機械工程學(xué)院，重慶 400037)

液壓系統(tǒng)中液壓沖擊產(chǎn)生的原因及預(yù)防措施

李正祥

(重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機械工程學(xué)院，重慶 400037)

介紹了管路中流動的液體因液流速度突變、運動部件被制動或換向引起的液壓沖擊，分析了產(chǎn)生液壓沖擊的原因及危害，提出了預(yù)防液壓沖擊的措施，對提高液壓系統(tǒng)工作的可靠性和穩(wěn)定性提供了理論依據(jù)。

液壓系統(tǒng)；液壓沖擊；原因；預(yù)防措施

在液壓系統(tǒng)中，當(dāng)液體流動方向突然改變或停止時，液體流動速度發(fā)生急劇變化。由于流動液體的慣性和運動部件的慣性，使系統(tǒng)中的壓力在某一瞬間突然急劇上升，形成一個壓力峰值，這種現(xiàn)象稱為液壓沖擊[1]。液壓沖擊形成的瞬時壓力峰值稱為沖擊壓力，其值是正常工作壓力的3～4倍。它不僅會引起系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的振動和噪聲，惡化工作條件，導(dǎo)致密封裝置、管路和液壓元件損壞，還會引起某些液壓元件產(chǎn)生誤動作，破壞系統(tǒng)的工作循環(huán)，降低設(shè)備的工作質(zhì)量或造成設(shè)備的損壞。因此，研究液壓沖擊產(chǎn)生的原因及危害，采取減小和預(yù)防液壓沖擊的措施，對提高液壓系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和工作性能有著重要的意義。

1 液壓沖擊產(chǎn)生的原因

1.1 閥口迅速關(guān)閉時產(chǎn)生的液壓沖擊

在液壓系統(tǒng)中，圖1為液壓管路的某一部分，在管道的一端裝有較大的容腔(如液壓缸、液壓馬達、儲能器等)與管道連接，在管道的另一輸出端裝有一個閥門K。當(dāng)閥門開啟時，管道中的液體以流速ν流過，若不考慮管道中的壓力損失，管路中的壓力均等于p(因容腔的容積較大)。當(dāng)閥門迅速關(guān)閉時，液流不能再從輸出端排出，在這一瞬間，靠近閥門K處的液體立即停止運動使流速降為零，液體被高度壓縮，根據(jù)能量守恒定律，這時液體的動能轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w的壓力能，從而使液體的壓力急劇上升而產(chǎn)生液壓沖擊。這一壓力沖擊波以高速(即液體介質(zhì)中的聲速，實驗得知，礦物油中聲速為1 330 m/s)在管內(nèi)往復(fù)傳遞，使管路中壓力不斷振蕩。但由于管路的彈性變形和液壓阻力的影響，壓力沖擊波將逐漸衰減，最后趨向穩(wěn)定，其沖擊壓力與時間的關(guān)系曲線如圖2所示[2]。

圖1 流速突變引起的液壓沖擊

圖2 沖擊壓力與時間的關(guān)系曲線圖

1.2 運動部件制動時產(chǎn)生的液壓沖擊

在液壓系統(tǒng)中，高速運動工作部件的慣性力也會引起系統(tǒng)產(chǎn)生液壓沖擊。設(shè)運動部件的總質(zhì)量為Σm，運動速度為ν0[3]，當(dāng)液壓缸的運動部件被制動時，運動部件由于慣性作用仍在向前運動，經(jīng)過一段時間后運動才能完全停止，使液壓缸內(nèi)和管道中的壓力急劇上升而產(chǎn)生液壓沖擊。這時運動部件的動能被回油腔中液體所形成的液體彈簧所吸收，若不考慮損失，可認為這兩部分能量相等，經(jīng)推導(dǎo)可得出沖擊壓力Δp的表達式為：

式中：Δp為沖擊壓力，單位為N/m2;Σm為運動部件的總質(zhì)量，單位為kg;ν0為運動部件的運動速度，單位為m/s;E為液體的體積彈性模量，單位為N/m2;V為回油腔容積，單位為m3。

由上式可知，運動部件質(zhì)量越大、運動速度越快，制動時產(chǎn)生的沖擊壓力也就越大。

1.3 緩沖裝置失靈時產(chǎn)生的液壓沖擊

1)可變節(jié)流槽式緩沖裝置。在內(nèi)圓磨床上，液壓缸的緩沖裝置結(jié)構(gòu)如圖3所示，在緩沖柱塞上開有三角節(jié)流溝槽[4]，當(dāng)活塞移動到右端時，活塞上的緩沖柱塞進入端蓋緩沖孔內(nèi)，使端蓋緩沖孔內(nèi)的油液只能經(jīng)緩沖柱塞上的三角節(jié)流溝槽流回油箱，使活塞受到制動緩沖作用。隨著活塞的運動，三角節(jié)流溝槽通流面積逐漸減小，緩沖作用逐漸增強，從而使緩沖壓力變化比較平穩(wěn)。當(dāng)緩沖柱塞外圓與液壓缸端蓋緩沖孔因磨損而配合間隙增大時，三角節(jié)流溝槽不起緩沖作用，便形成較大的液壓沖擊[4]。

2)帶節(jié)流閥的緩沖裝置。在組合機床上，液壓缸的緩沖裝置結(jié)構(gòu)如圖4所示，當(dāng)活塞移動到右端時，活塞上的緩沖柱塞與端蓋緩沖孔因配合間隙較小，無緩沖油液通過[5]，端蓋緩沖孔內(nèi)的油液只能經(jīng)節(jié)流閥流回油箱，使活塞受到制動緩沖作用。調(diào)節(jié)節(jié)流閥的通流面積，可以改變回油流量，從而改變活塞緩沖減速時的速度，實現(xiàn)緩沖。如果節(jié)流閥調(diào)整不當(dāng)或堵塞，也將會產(chǎn)生較大的液壓沖擊。

圖4 帶節(jié)流閥的緩沖裝置結(jié)構(gòu)圖

1.4 液壓元件動作不靈敏時產(chǎn)生的液壓沖擊

在液壓系統(tǒng)中溢流閥作安全閥使用時，當(dāng)系統(tǒng)過載使壓力升高，溢流閥反應(yīng)遲鈍，不能及時迅速打開，會導(dǎo)致系統(tǒng)管道內(nèi)壓力急劇升高而產(chǎn)生液壓沖擊;限壓式自動調(diào)節(jié)的變量液壓泵，當(dāng)油壓升高不能及時減小輸出流量時，也會使系統(tǒng)產(chǎn)生液壓沖擊。

2 液壓沖擊的預(yù)防措施

液壓沖擊危害極大，根據(jù)其產(chǎn)生的原因，可采取適當(dāng)措施來防止和減小液壓沖擊的產(chǎn)生，常用的預(yù)防措施有：

1)延長閥門開閉時間和運動部件的制動時間。液壓系統(tǒng)使用情況表明，當(dāng)運動部件的制動時間大于0.2 s，就能大大降低液壓沖擊。

2)限制管路中液體的流速。適當(dāng)增大管徑或采用橡膠軟管，盡量縮短管道的長度、避免不必要的管道彎曲，均能減小液壓沖擊。

3)限制運動部件的運動速度。在液壓系統(tǒng)中用液控換向閥換向時，可使被控閥芯一端的排油經(jīng)節(jié)流裝置(單向節(jié)流閥)控制液壓缸端部的排油速度，以減慢換向閥閥芯的移動速度，即延長速度變化時間，使活塞運動到液壓缸端部停止時平穩(wěn)無沖擊。

4)設(shè)置蓄能器。在液壓控制閥的前面安裝蓄能器，以縮短壓力沖擊波的傳播距離，使控制閥突然關(guān)閉或換向所引起的沖擊壓力得到吸收，以降低沖擊壓力峰值，如圖5所示。蓄能器安裝在液壓泵的出口處，可吸收液壓泵的壓力脈動。

5)設(shè)置安全閥。在液壓缸的入、出口處安裝安全閥，使調(diào)整壓力高于液壓缸額定壓力的5～15，以限制活塞在行程中停止或換向時所產(chǎn)生的液壓沖擊。

圖5 用蓄能器吸收液壓沖擊

3 結(jié)束語

液壓系統(tǒng)中液壓沖擊產(chǎn)生的原因是復(fù)雜多樣的，但其本質(zhì)原因是液體流速的突變。要減小液壓沖擊對液壓系統(tǒng)造成的危害，一方面要設(shè)法降低液流速度的突變;另一方面要設(shè)法吸收或釋放沖擊能量，防止瞬時壓力的劇增[6]。另外，要重視對液壓系統(tǒng)的維護保養(yǎng)，消除潛在的因素;對液壓系統(tǒng)出現(xiàn)的故障要及時進行分析和處理，將其危害降到最低程度，確保液壓系統(tǒng)運行的高效性，提高液壓系統(tǒng)工作的可靠性。

[1]梁興義，徐蒙良.液壓傳動與采掘機械[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1997.

[2]王懋瑤.液壓系統(tǒng)故障判斷與排除方法[M].天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社，1985.

[3]俞啟榮.液壓傳動[M].北京：機械工業(yè)出版社，1995.

[4]張宏友.液壓與氣動技術(shù)[M].大連：大連理工大學(xué)出版社，2009.

[5]史紀(jì)定，嵇光國.液壓系統(tǒng)故障診斷與維修技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，1990.

[6]朱新才，周秋沙，周雄，等.液壓與氣動技術(shù)[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2008.

Reasons and Precautions to Cause Hydraulic Shock in Hydraulic System

LIZhengxiang
(Department of Electromechanical，Chongqing Vocational Institute of Engineering，Chongqing 400037，China)

This paper introduces the hydraulic shock resulted from the liquid velocitymutation of the flow liquid in the pipe andmoving parts brake or exchange，analyzes the reasons to cause hydraulic and hazards of it，and proposes precautions of hydraulic shock which provides a basis for improving the reliability and stability of hydraulic system.

gydraulic system;hydraulic impact;reasons;precautions

TH137

A

10.3969/j.issn.1672_4550.2014.01.006

2013_03_28；修改日期：2013_06_04

李正祥（1954_），男，副教授，主要從事液壓與氣動技術(shù)方面的科研和教學(xué)工作。