衛(wèi)江

（陜西廣播電視大學(xué)工程管理系，西安 710119）

0 引言

隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，汽車維修設(shè)備發(fā)展到一個更高的階段。龍門液壓雙柱舉升機具有高承載能力，易于安裝和維護，適應(yīng)性強，適應(yīng)于不同類型的車輛維修。

研究和分析龍門液壓雙柱式舉升機的設(shè)計和使用有非常重要的意義，對提升液壓舉升設(shè)備工作品質(zhì)、技術(shù)的經(jīng)濟性能很有必要。而且研究和分析其液壓系統(tǒng)運動和動力學(xué)，可為后續(xù)研發(fā)和改進提供幫助。

龍門液壓雙柱式舉升機通過集流閥來實現(xiàn)雙柱的同步運動，液壓沖擊是造成液壓系統(tǒng)振動的主要原因。液壓系統(tǒng)中的振動［1］主要來自機械系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)（液壓泵、閥元件），以及液流振蕩等。振動包括自激式振動、強迫式振動兩種［2］：強迫式振動主要是由液壓泵及壓力控制閥的流量脈動導(dǎo)致的；自激式振動主要是由液壓（質(zhì)量、相互作用力、流量、壓力等）系統(tǒng)參數(shù)導(dǎo)致的，同時管路中液體的渦流引起閥體壁振動以及導(dǎo)閥（如先導(dǎo)式溢流閥）經(jīng)常會處于不穩(wěn)定的高頻振動［3］。

1 液流力的動態(tài)特性分析

1）穩(wěn)態(tài)液流力。

穩(wěn)態(tài)液流力是指通過閥腔液流的流量不變時，根據(jù)動量定理，可得射流力

式中：m 為液流質(zhì)量；uj為通過控制窗口的液流速度；t 為油液流過的時間。

式中，θ 為射流角。

式中：c1為收縮系數(shù)，常取0.62；x 為閥芯移動位移。

由以上公式可得出射流角與閥芯位移的關(guān)系曲線如圖1 所示。

圖1 射流角與閥芯位移的關(guān)系圖

由圖1 可知，射流角θ 隨x/cr而變化，閥芯的位移x 越小，導(dǎo)致徑向間隙cr對于射流角θ 影響越大。

2）瞬態(tài)液流力。瞬態(tài)液流力是指當(dāng)閥芯的窗口面積突然改變時，會導(dǎo)致閥腔中液流速度發(fā)生改變，形成軸線方向的液流力Ft，F(xiàn)t與加速度有關(guān)，如圖2。

圖2 瞬態(tài)滑閥液流力示意圖

根據(jù)牛頓第二定律，有以下關(guān)系：

2.4 兩組患者心肌酶、LVEF、E峰／A峰比值水平比較 觀察組患者CK-MB水平高于對照組，LVEF、E峰／A峰比值水平低于對照組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。見表3。

式中：A 為閥腔液流斷面積；L 為進油與控制窗口距離；v為閥腔內(nèi)液流速度；t 為油液流過的時間。

由Q=vA，得dv/dt=dQ/Adt。

將ΔP 設(shè)為常數(shù)，經(jīng)簡化有

液流流入與流出控制窗口的瞬態(tài)液流力方向不同。

由此可以得出，閥芯沿軸向的總液流力：

式中：Kf為類似彈簧剛度；Kt為相當(dāng)于阻尼系數(shù)。

2 元件的動態(tài)特性分析

1）單向閥。單向閥芯與彈簧構(gòu)成“質(zhì)量—彈簧”振動系統(tǒng)［4］，在工作狀態(tài)時易發(fā)生振動。

其單向錐閥的開口截面面積可表示為：

由薄壁小孔的節(jié)流原理可知：

式中：A1=為類似彈簧的剛度；x 為閥的開度。

當(dāng)忽略摩擦力及液動力的情況下，可得到開度為x0時閥芯運動的微分方程式：

式中：m 為閥芯及彈簧質(zhì)量1/3 之和；F 為閥芯所承受的壓力差有效面積。

其振動圓頻率表示為

代入式（13）得：

為避免共振和激烈振動，必須要求此頻率和液壓泵或者其它振動圓頻率不同，同時還需要對單向閥本身的自激振動進行分析。

當(dāng)油液流經(jīng)單向閥時由于局部阻力的原因，導(dǎo)致節(jié)流損失：

式中：ξ 為阻力系數(shù)；P1、P2為閥芯節(jié)流的前后壓力。

ξ（x）為閥芯開度x 的函數(shù)。由上式可知，當(dāng)P1為常數(shù)，同時Q 不變時，則P2取決ξ（x）的值，關(guān)系如圖3。

圖3 可以得出，ξ（x）是非單值函數(shù)。實線是閥芯沿著打開的方向運動的ξ（x）值；虛線是閥芯沿關(guān)閉的方向運動的ξ（x）值。當(dāng)x 在x1和x2之間，ξ（x）具有上升的特性，在此范圍工作的閥芯就會發(fā)生自激式振動。

為了防止自激振動的發(fā)生，須避免ξ（x）在x1和x2之間工作，確保ξ（x）在其工作的范圍中具有單值下降特性。

圖3 單向閥ξ（x）與x 關(guān)系圖

2）溢流閥的振動。系統(tǒng)使用先導(dǎo)式溢流閥。由于先導(dǎo)閥芯的質(zhì)量和黏滯阻力通常非常小，可以忽略不計，所以通過主閥的流量：

主閥芯運動的平衡條件：

對其拉氏變換可得：

式中：KQ＝QR1/x；KP=QR1/（2P）。

溢流閥的信號傳遞函數(shù)為：

3 液壓系統(tǒng)的振動的解決方法

由以上分析，實際調(diào)控可利用以下方法：

1）增加阻尼。在換向液控單向閥的支路油口處，加裝一個阻尼，從而限制單向閥開啟的速度，此方法簡單便于操作。

2）增加節(jié)流閥。在液控單向閥出口安裝單向節(jié)流閥，液壓缸舉升時油液流經(jīng)單向閥，節(jié)流閥此時不起作用，液壓缸回落時單向閥關(guān)閉，回油被迫流經(jīng)節(jié)流閥，此時節(jié)流閥具有節(jié)流與調(diào)速的作用，使得液壓缸的回油流量不發(fā)生突變，同步閥閥芯可以起到同步控制的作用。

4 結(jié)論

本文通過對龍門液壓雙柱式舉升機的振動分析，找出振動產(chǎn)生的原因，并對系統(tǒng)中液壓元件進行動態(tài)特性分析［5］，建立振動的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)拉氏變換，得到特征方程與系統(tǒng)傳遞函數(shù)，并導(dǎo)出主要的液壓閥參數(shù)（阻尼振動頻率、阻尼系數(shù)及頻率），提出并找到解決液壓系統(tǒng)的振動方案，經(jīng)實驗驗證，舉升機工作時系統(tǒng)振動大幅度減少，滿足實際要求。

［1］王存堂.工程機械液壓系統(tǒng)及故障維修［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007：267-269.

［2］張應(yīng)杰：汽車舉升機作業(yè)安全技術(shù)［M］.北京：中國計量出版社，2005.

［3］田繼宏.專用液壓提升機控制系統(tǒng)研究［D］.大連：大連理工大學(xué)，2004：30-47.

［4］陸一心.液壓與氣動技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

［5］衛(wèi)江.龍門雙柱式液壓舉升機的液壓系統(tǒng)建模仿真與控制研究［D］.西安：西安電子科技大學(xué)，2008：47-52.