掘进机行走机构液压系统液压冲击的分析与处理.pdf

2 0 1 3年 2月 第 4 l 卷 第 4期 机床与液压 MACHI NE T OOL HYDRAUL I CS F e b ． 2 01 3 Vo 1 ． 41 No ． 4 DO I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 3 ． 0 4 ． 0 3 2 掘进机行走机构液压系统液压冲击的分析与处理 王志武 天地科技股份有限公司上海分公 司，上海 2 0 0 0 3 0 摘要在液压系统中，液压冲击会导致密封件、油管和液压元件损坏并可能产生误动作。通过对掘进机行走机构液压 系统的改进设计以及液压元件的重新选型，能从根本上消除液压冲击的影响，提高系统工作的稳定性和可靠性。 关键词行走机构液压系统；液压冲击；分析与处理 中图分类号T P 2 7 1 ． 3 1 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 3 41 0 8 2 在液压系统 中，油路很 快地换 向或 突然关 闭 ，由 于流动液体的惯性和运动部件的惯性 ，使系统压力急 剧上升造成压力冲击，这种现象称为液压冲击。根据 能量守恒定 律 ，液 体 的瞬 时动 能全 部转 变成 压力 能 时，该冲击压力可达正常工作压力的3～ 4倍。液压 冲击会引起机器振动，导致密封件、油管和液压元件 损坏，并可使某些液压元件 压力继电器、顺序 阀 等产生误动作。 设计液压系统时，大家都会很重视系统原理图中 明显会产生液压冲击的部分 ，会尽量予以避免；但对 隐性的、可能产生液压冲击的部分却疏以考虑。掘进 机行走机构液压系统的液压冲击现象就是一个例子。 1 问题的由来 图 1是 2 0世 纪 9 0年 代 国 内典 型 的 掘进机行 走机构 液压 系统 ，现在 在小 功率 掘进机 上使用还 很普 遍 。 系统 中阀 1 换 向 时，油 压 P ．作用 在 液压马 达上 ，同时液 压油也通 过 阀 2进 入 并打开 制动器 ，液 压 马达 旋 转 驱 动 齿 轮 箱 ，然后通 过链轮 带 l 一 换 向阀 2 一 梭 阀 3 一 液压 马达 4 一制 动器 图 1 行 走机构液压系统简图 1 动履带行走 。对该系统进行调试时 ，发现系统软管抖 动很厉害，并伴有频率很快的击打声，液压冲击现象 明显 。 2原 因分 析 行走机构空运行时 ，所需压力为 3～ 4 M P a 左右 ， 而实测打开制动器时 阀 2的进 口压力 为 3 M P a 左右 ， 与行走机构空运行时的压力太接近。行走 机构 的启动 压力大 于空运行压力 ，但启动后 的惯性使压力瞬间降 到 3 M P a 以下，使制动器趋于关闭，这时行走机构制 动，随即压力升高再次打开制动器，行走机构运行， 如此反反复复造成液压 冲击 。 3 解决方案 这是一个行走机构空运行压力与制动器开启压力 互相干扰 的问题 。要排除此干扰有很多方法 1 降低制动器 的开启压力 ，这要减少制动力 矩 ，而且要修改制动器，显然不合适； 2 在回油路上增加背压，提高行走机构空运行 压力 ； 3 选用负载反馈式比例换向阀，提高进人制动 器的油压 ，保证打开制动器； 4 把制动器油源与液压马达油源分开 。 下 面介绍其 中的两个解决方案 。 3 ． 1 将 制动 器 油源与 液压 马达 油源 分开 由于 图 1中的阀 1 是液动换 向阀 ，一般用先 导阀 来使其换向，而先导阀通常是单独油源，因此改用先 导阀油源打开制动器是个可行的办法，见图 2 。 换 向 阀 梭 阀 液 压 马达 制 动器 先 导 阀 图2 行走机构液压系统简图2 收稿 日期 2 0 1 2一 叭 一 0 9 作者简介 王志武 1 9 5 3 一 ，男 ，研究 员 ，主要从事煤矿采掘机械的研究 。Em a i l Wa n g z w l l 1 2 6 ． e o m。 第4期 王志武 掘进机行走机构液压系统液压冲击的分析与处理 1 0 9- 图 2中 ，压 力为 P 的油源 是进入 液压 马达 的油 源 ，压 力为 P 的油源是 阀 5的油 源 。压力 为 P 的液 压油进 入阀 5推动阀 1 换 向的同时 ，又通 过阀 2进入 并打开制动器 ，压力 为 P 的液压油 进 入液 压马 达驱 动行走机构。由于进入制动器的是单独油源 ， P 的 波动丝毫不影响P ，所以在阀1 换向期间， P 使制动 器始终处于开启状态 ， P 也一直作用在液压马达上 使其旋转驱动行走机构运行，这就解决了行走机构空 运行压力与制动器开启压力互相干扰 的问题 。 3 ． 2 同一 油源下 的解 决 办法 进入 2 1 世 纪 以来 ，国外 大 量先 进 的液压 技 术 、 液压元部件涌人国内，使液压系统的设计思路发生了 很大的变化。许多可供选择的、先进的液压元部件使 液压系统 的设计更可靠 、性能更优越 。图 3是用负载 反馈式 比例换向阀组成的行走机构液压系统原理 图。 l 一 换 向阀 2 梭 阀 3 一 液压 马达 4制动 器 5 三通 顺序 阀 梭 阀 图 3 行走机构液压系统简图 3 图 3中，阀 1 是负载反馈式 比例换 向阀，阀的头 片有 1 个 减 压 阀 、1个 溢 流 阀和 1个 三通 流 量 控 制 阀。油 压 P作用在 阀 1 ，从 阀 1出去作用在 液压 马达 上 的压力 为 P PP 0 ． 9 MPa 其中 0 ． 9 M P a是三通流量控制阀换 向时克服弹簧力 的初始压力 。 行走机构空运行 时所需最 低压 力为 3 M P a左右 ， 该压力作用在液压马达 的同时 ，通过阀 2将 阀 5打 开，阀5的换向压力很小，故在行走机构空运行时阀 5始终处于打开状态 ，该油压又通过阀 1 里的梭阀同 时作用在阀头片的三通流量控制阀弹簧侧 ，于是从减 压 阀出去 的油压 为 3 ． 9 M P a 左 右 减 压 阀设 定压 力 为 4 M P a ，不大 于 4 M P a的压力 就不减 压 了 ，该 压 力裕量较大，通过阀5 阀5的通流压损很小始终 作用在制动器上使其开启 ，足以避免由于行走机构启 动后的惯性使压力瞬间下降的影响，解决了行走机构 空运行压力与制动器开启压力互相干扰的问题。 选用 阀 5时要重视其切换压力的大小 ，尽可能选 低一些的，假如切换压力接近 3 MP a ，当启动后的惯 性使行走机构的空运行压力略低于 3 M P a时，阀5会 关 闭 ，阻断 了从减压 阀出去的油源 ，同样会发生上述 压力互相干扰 的问题 。 4结论 设计 液压 系统 时 ，可 实 现工 况 的 回路 组合 有 很 多 。有的侧重简洁 ，有 的偏重 功能 ，有 的 注意节 能 。 但总体来说要避免产生大的液压冲击，确保系统工作 的稳定性 和可靠 性。 液压冲击可通过对系统 回路的改进 以及液压元件 的重新选型来加 以控制和消除 。 要对系统回路组合的关联度及相互影响予 以重 视 ，认真做好系统每个 回路的设计计算，才能及时发 现问题 ，防患于未来。 参考文献 【 1 】马宪享 ， 尹新爱． 液压冲击计算与控制方法[ J ] ． 煤矿机 械 ， 2 0 0 9 3 1 5 71 5 8 ． 【 2 】 侯顺强， 程居山， 张丽丽． 液压冲击产生的原因分析及其 减小 、 排除措施[ J ] ． 煤矿机械， 2 0 0 5 5 1 3 31 3 5 ． 【 3 】 李 宁， 张玉峰， 王建成． 液压系统 冲击 的分析 与控制 [ J ] ． 机床与液压 ， 2 0 0 7 ， 3 5 4 1 4 91 5 1 ， 1 9 2 ． 【 4 】韩桂华． 液压系统设计技巧与禁忌[ M] ． 北京 化学工业 出版社 ， 2 0 1 1 ． 上接第 1 2 1页 参考文献 【 1 】许乃同． 大功率汽轮机组润滑油系统的可靠性[ J ] ． 动 力工 程 ， 1 9 9 2 ， 1 2 3 81 2 ． 【 2 】G O N Z A L E Z J ， B L A N C O E ， S A N T O L A R I A C ． N u m e ri c a l S i mu l a t i o n o f t h e Dy n a mi c E f f e c t s d u e t o I mp e l l e r v o l u t e I n t e r a c t i o n i n a C e n t r i f u g al P u m p [ J ] ． A S ME J o u rna l o f F l u i d s E n g i n e e r i n g ， 2 0 0 2， 1 2 4 3 4 83 5 5 ． 【 3 】胡婉， 赖喜德 ， 符杰， 等． 基于多工况性能预测的主油泵 改型及优化设计[ J ] ． 热力发电， 2 0 0 9 8 1 1 81 2 1 ． 【 4 】 徐朝晖， 吴玉珍， 吴玉林 ， 等． 高速离心泵内部流动数值 计算结果研究[ J ] ． 水泵技术， 2 0 0 3 1 1 6 2 0 ． 【 5 】 赖喜德 ， 邵国辉 ， 王建录， 等． 基于性能预测的主油泵优 化设计 [ J ] ． 西华大学学报 自然科学版， 2 0 0 8 6 1 5． 【 6 】 郑善合 ， 徐鸿 ， 胡三高， 等． 汽轮机轴向胀差实时在线监 测的研究 [ J ] ． 华北电力大学学报 ， 2 0 0 7 ， 3 4 6 5 l一 56．