液阻与液压系统.pdf

2 0 0 4年第 2期 液压与气动 4 5 液 阻 与 液 压 系统 潘柳萍 。 徐克林 ， 萧子渊 Hy d r a u l i c Re s i s t a n c e a n d Hy d r a u l i c S y s t e m P a n L i u - p i n g， Xu Ke - 1 i n， Xi a o Zi - y uan 同济大学机械 电子工程研究所 ， 上海2 0 0 0 9 2 摘要 以 M Q 2 0 0 0 9 4 型与 MQ 2 0 0 0 9 6 高架门座式起重机顶升 系统为例 ， 对其液压 系统在 实际使用 中出现的问题及改进方法进行 了一些探讨 ， 并深入地分析 了液阻在液压系统中所起的作用。 关键词 液阻； 释压； 液压冲击 ； 伸缸缩缸 中图分类号 T H1 3 7 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 0 - 4 8 5 8 2 0 0 4 } 0 2 ． 0 0 4 5 ． 0 3 1 前言 由液压流体力学可知， 凡是有液体流动的部位 ， 都 会产生压力损失， 流经小孔有节流损失 ； 流经管道有沿 程损失 ； 流经弯头等处有局部损失。这些损失我们统 称为液阻。在液压系统 中， 液 阻的作用不可忽视。液 阻是一种隐性负载， 它不会对外做功 ， 只会增加能量损 失 ， 从而导致液压 系统发热。然而 ， 没有液阻， 有的液 压元件就无法工作 ， 有时液阻还能改善元件 的受力状 况 。例如 ， 带卸荷 阀芯的液控单 向阀，如图 1 ，在反向 图 1 液控单向阀 开启时 ， 控制活塞先顶开卸荷阀芯， P 2和 P l 腔之 间产 生微小 的缝隙 ， 使 P 2 腔压力降低到 P 2 ， 然后再顶开单 向阀主阀芯形成 P 2 腔到 P l 腔的反 向流动。设置卸荷 阀芯既可避免 P 2 腔压力的突然释放 ， 又可降低反向流 动的开启力。 不带卸荷阀芯时 ， 反向流动 的开启 力 F ． 为 不计 弹簧力 ， 设 P l 0 Fl d p2 带卸荷阀芯时， 反 向流动的开启力 F 2 为 F 2 号 d P 2 一 号 JD 一 d 2 p 2 一 p 2 收稿 日期 2 0 0 3 - 0 8 - 1 1 作者简介 潘柳萍 1 9 6 一 ， 女， 江苏省无锡市人， 讲师， 在职博士 生， 主要从事机、 电、 液控制方面的科研和教学工作。 2 选用坚 固的能承受 4 t 以下推动力的底 座安 装 ； 3 接入管道前要清除管道内的脏物 ， 防止杂物 进入气缸 内。 2 使用和维护 1 Q C A - F Q 2 8 0 X 1 3 5气缸 接入气缸系统前 必须 装上气源三联件 推荐选用 Q - L J WA ． L 1 5 ， 以保证工作 介质洁净， 压力恒定和润滑可靠 ； 2 经常检查坚固螺母 、 螺钉 ， 管堵 ， 接头等 ， 及时 防止返松现象 ； 3 橡胶件会 因老化或受磨损 而失去密封作用 ， 发现此现象时应及时更换密封件 ， 并注意 Y x 型密封圈 按正确方向放置 4 更换提升法兰时， 将 6个圆柱头内六角螺钉 2 拧松 ， 取下提升法兰 1 ， 换上新的提升法兰 ， 再拧 紧这 6 个圆柱头 内六角螺钉即可； 5 若更换 防尘 圈 4 、 轴用 Y x型密封圈 8 、 导套 9 及 O形密封圈 7 、 1 2 、 1 4 ， 更换孔用 Y x型密封圈 1 1 等 ， 可卸下压盖 5与前 盖 6 。当装拆螺钉时要 受力均衡 ， 防止压盖及导套歪斜 ， 影响活塞杆正常平稳运动 ； 6 凡装拆气缸 ， 更换零件时 ， 都应在停机状态下 进行。 参考文献 [ 1 ] 王国良 ． 新型的气动三大件[ J ] ． 液压与气动， 1 9 8 5 3 ． [ 2 ] 徐灏 ． 新编机械设计手册[ M] ． 北京 机械工业出版社， 】 9 95． 维普资讯 液压与气动 2 0 0 4年第2期 其 中， D为主阀芯外端直径 ， d为主阀芯止 V I 直径。可 见， 当卸荷 阀芯打开时， 由于阻尼孑 L 的液阻作用 ， 降低 了反向流动的开启 力。在液压系统中， 我们 应该尽量 减少其负面效应 ， 合理地利用它， 使液压 系统安全 、 可 靠地工作。 2 液阻在液压系统中的作用 2 ． 1 M Q 2 0 0 0 9 4 系统 M Q 2 0 0 0型高架 门座式起重机， 用于长江三峡水电 站大坝工程 ， 由于三峡工程条件限制， 无法一次性安装 塔顶高 7 2 m的大型高架门座式起重机， 只能安装塔顶 高 3 2 m左右的低架门座式起重机， 因而采用下加节的 方式 ， 将低架起重机顶升到高架的位置。 待顶升的上部结构塔架总重 1 1 0 0 t ， 塔架尺寸 8 ． 5 m8 ． 5 m5 ． 8 m， 起升高度 1 0 0 m、 幅度为 2 0 m时的 起重 量 为 1 0 0t 。 9 4型液压顶升系统如图 2 所示 ， 采用 4个液压缸 ． 顶升能力总计 F43 2 0 t 1 2 8 0 t 。最 大顶 升速度 ／ m a x O ． 0 0 3 5 m ／ s ， 额定工作压力 P2 5 MP a ， 额定流量 q1 1 0 L ／ m i n 。 此系统有如下特点 1 设置高低压溢流阀使伸缸和缩缸时的溢流功 率不 同， 节省能耗。 2 在无杆腔采用外泄式液控单 向阀， 以降低开 锁压力 ； 在液压缸的有杆腔也设置液控单向阀， 这样更 能确保安全 ， 因为在无外 泄漏 时， 如果 内泄漏较大． 这 时双作用液压缸相当于一个柱塞式液压缸 ， 这两个液 控单 向阀确保 液压缸活塞杆在负载作用下不会下沉 ． 必须注意 ， 此时缸 内压力将由 p 增加至 p 。 式中 液压缸负载 A d 活塞 杆 面积 A 液压 缸无 杆腔 面积 3 4个单向阀组成桥式回路， 使用一个 电液比例 调速阀就能完成顶升和下降两种工况的调速功能。单 向阀的可靠性较高 ， 它们组合在集成块上也特别紧凑。 4 主要液压元件采用进 V I 元件 ， 以提高液压系 统工作的可靠性。其 中， 电磁阀的 T口直接与油箱相 通 ， 为避免高压油渗入磁套 内， 延长元件的使用寿命。 但此系统也存在一些问题 1 此液压缸由伸缸工况转为缩缸工况时无明显 液压冲击 ， 因缩缸时， 无杆腔的高压油液必须通过电液 比例调速 阀限量流 回油箱， 此调速阀延缓 了油液压力 的释放时间； 而当液压缸 由缩缸工况转为伸缸工况时 ， 由于背压较高， 导致缩缸压力超过 1 0 M P a ， 4个液压缸 的有杆腔体积共计为 2 2 6 L 。伸缸时， 由于电磁阀换向 时间短暂 ， 有杆腔油液突然释放 回油箱 ， 类似于一个刚 性蓄能器突然打开 ， 产生“ 水锤现象” 或液压冲击， 其发 出的振动和噪声使人难以承受。 因为电磁 阀的换向速度很快 ， 可假设为完全冲击， 由出现水锤现象的压力增量公式 Ap 』D 式 中p 流体密度 c 冲击波在管中的传播速度 管路中液流的流速 可知油液的流速 是关键 ， 因为对于_ 定的油液种类 和管道材质来说 ， P和 c为定值 ， 所以要解决水锤现象 必须降低流速 。 此外 ， 尽量减少高压容腔的体积 ． 和压力 P ， 或 使高压容腔内的压力缓慢释放“ 释压” ， 亦 可减少 液压 冲击。 降低流速 和减小体积往往是难 以实施 的， 因为 管道不可能设计得很大 ， 液压缸工作腔的直径 d和行 程 也是不能随意减小 的。采用节流阻尼可释压 ． 经 试验 ， 若安装 1 ． 5 2 m i l l 的节流小孔 ， 可完全消除水锤 现象 ， 但此法不可取， 因为在全过程 中起阻尼作用， 造 成较大的能量浪费。将低压溢流阀的压力适 当调低， 降低缩缸压力 ， 延长缩缸时间 ， 可使噪声降低。 2 该液压系统是双泵定量系统 ， 在缩缸时也是 双泵流量同时供给液压缸 的无杆腔 ， 因为液压缸 的速 维普资讯 2 0 0 4 年第 2 期 液压与气动 4 7 比 2 ， 所以有一半的压力油溢 回油箱， 相 当于装了 6 k W 左右的加热器。 2 ． 2 MQ 2 0 0 0 9 6 系统 MQ 2 0 0 0 9 6 型系统是 MQ 2 0 0 0 9 4 基础 上进行 了 改进 ， 如图 3 所示。本系统采取了如下措施 图 3 M I 9 6 液压系统 1 采用 Y型机 能加中位节流 的三位 四通 电磁 阀， 如图 4所示 ， 液控单 向阀快速复位 ， 换 向阀有延迟 功能实现换向释压， 避免了液压冲击 ； 图 4电磁 阀 2 缩缸行程采用单泵液压供油既节能又大大减 少了发热。 但是在空载调试时又遇到新问题 缩缸过程 中， 换向阀处于中位时 ， 主液压缸的活塞 杆会 自动伸出 2～ 4m m 缩缸压力越高 ， 升 出越高 ， 以 致传感器无法检测信号 ， 计算机难 以进行 自动控制 ， 只 有当液压缸完全缩 回后才无这种 自伸现象。经检查 ， 原软件设计是电液比例调速阀先关闭， 电磁换 向阀后 复位。电液比例 阀关闭时 ， A点 尚存压力 4T l PA Ps px一 px P 式中 活塞杆 自重和活塞与缸壁的摩擦力 4 液压缸 有 杆腔 面积 p 有杆腔液控单向阀的进 13压力 P A , p B 无杆腔液控单向阀进 出13的压力 此压力足以将液控单向 阀打开， 于是有杆腔 中的 压力 P 通过换向阀中位泄压为油箱压力 P 0 。这时主 液压缸无杆腔液控单 向阀关闭 ， 形成 了一定的压力封 闭容积 ， 必然使活塞杆外伸。类似一个蓄能器的释放 ， 由油的压缩性公式可知 无杆 腔 油液体 积变 化量 △ Ap V o p 活塞杆伸出量 AL 詈 D 其 中 V o 詈D L △ p P sp 0 D为无杆腔活塞直径 ， 为无杆腔液压缸长度 ， 液 压缸 的体积弹性模量 B 0 ． 7～1 l O 3 MP a 经计算 ， 若控制压力 P 为 6 M P a ， D 为 4 0 o m l n 并 忽略活塞杆 自重和活塞与缸壁 的摩擦力时， △ 2 4 to n i ， 当活塞杆缩到缸底时， 因为 L 0 ， V o 0 ， 所 以 △ 0。 △L 0。 可见 ， 欲使活塞杆不 自伸 ， 必须保证 有杆腔单 向 阀及时关闭 ， 改 进软件设 计使 电磁换 向 阀先 回中位 一 小段时间后 ， 再关 闭电液 比例调 速阀 ， 这样使有杆 腔单向阀先 自动关闭 ， 活塞 受力基本平衡 ， 自伸现象 可消除 ， 这也是 软件为硬 件 液压 系统 服务 的应 用 实例 。 3 结论 从 以上 的分析可知 9 4起重机顶升系统 中由于调 速阀的阻尼作用而使伸缸转缩缸工况时无液压 冲击 ； 而缩缸转伸缸时却因液流压力的突然下降而产生液压 冲击 ； 9 6起重机顶升系统 中缩缸中断时活塞杆的 回伸 现象也因回油路的阻力 未能及时排除而引起。因此 ， 在设计液压系统时， 应充分估计到液阻在其 中的双面 作用， 因势利导 ， 达到在减少功率消耗的前提下 ， 完成 各个 回路预期的功能之效果。 参考文献 [ 1 ] 萧子渊， 等 ． 2 4 0米钢内筒烟囱液压顶升设备液压系统分 析[ J ] ． 液压气动与密封， 1 9 9 4 1 ． [ 2 ] 章宏甲， 黄谊 ． 液压传动[ M] ． 北京 机械工业出版社， l 9 9 3． 维普资讯