液压爬行现象及其控制.pdf

液 压 气动 与 密 封／ 2 Ol 0年 第 1 1期 液压爬行现象及其控制 王 龙 徐永宏 周庆年 海军 蚌埠士 官学校 机电 系 ， 安徽 蚌埠2 3 3 0 1 2 摘要 液压爬行是液压 系统在低速运行时常发生 的一种现象 。 文章详细阐述 了液压爬行现象发生的力学原理 ， 并从调整摩擦 、 增加液 压系统刚度 、 减小运动件质量和降低运动件速度等诸方面提 出了控制液压爬行现象的主要措施。 关键词 爬行 ； 控制 措施 中图分类号 T H 1 3 7 ． 5 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 0 1 1 - 0 0 0 6 0 3 一 Th e Cr e e p i n g P h e n o me n o n o f Hy d r a u l i c a n d t h e Me t h o d t o Co n t r o l W AN G L o n g X U Y o n g - h o n g Z HO U Q i n g - n i a n 1 1 1 e E l e c t r o n i c s a n d Me c h a n i c a l De p a r t me n t o f B e n g B u Na v y P e t t y Offic e r Ac a d e my ，B e n g b u 2 3 3 0 1 2 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e c r e e p i n g p h e n o me n o n i s o ft e n s e e n i n h y d r a u l i c s y s t e m 0 n l o we r s p e e d ． T h e p a p e r d e s c ri b e s t h e p ri n c i p l e o f d y n a mi c s o f t h e p h e n o me n o n i n d e t a i l ． Th e me t h o d o f r e g u l a t i n g t h e f r i c t i o n a n d i n c r e a s i n g t h e ri g i d i t y o f h y d r a u l i c s y s t e m a n d r e d u c i n g t h e ma s s a n d s p e e d of mo v i n g p a r t i s b r o u g h t u p ． Ke y W o r d s c ree p i n g ； c o n t r o l ； me t h o d U 日 lJ舌 液 压爬 行现 象常 发生 在液 压缸 内不 正 常的运 动 状 态 ， 液压 爬行 本质 上是 滑 动副 在做相 对 滑动 时 ， 在 一定 条件下产生的停止与滑动相互交替的不连续的振动方 式 。液压 缸在 低速 运 动时产 生 的时 断时 续 的速 度 不均 匀现象 ， 通常又称之为粘滑运动。轻微的爬行现象 肉眼 不易觉 察 ， 严重 的会 出现 大距 离 的跳动 ， 对 于液 压 系统 工作精度高的场合 ， 爬行现象就会带来很大误差 ， 从而 影响液压 系统 的正常工作 。 1 爬行现象 的原理 为了准确描述液压缸爬行现象产生的原理 ，建立 收稿 日期 2 0 1 0 0 6 0 2 作者简介 王龙 1 9 7 6 一 ， 男 ， 汉族 ， 安徽合肥人 ， 讲师 ， 主要从 事机械 电子 方面教学和研 究 如图 l 所示的力学模型。其中 ， A、 B、 D件均为金属材 料 ， A为驱动件 ， 通过 A、 B间的传动系统 C 假设传动 比为 1 ， 驱 动被驱 动件 B在 D件 上移动 。 U 图 1 液压爬行力学模型 若 A、 B、 C都是绝对刚体 ， 则三者构成一个整体 ， 这 样当 A作匀速运动时， C、 B与 A一道作匀速运动， 此时 无爬行 现象 产生 。 在实际中， A、 B、 C都是弹性物体。当 A以一速度 作 匀速运 动过 程 中 ， 弹簧 C开始 被压缩 ， C对 B有 一弹 - - - - - 一 - - -- - - - - - - - - 5 超高压管接头 超高压系统中不可避免地存在管子与管子的连接 ， 或管子与主体 如阀、 容器、 设备等 的连接。由于管路的 细长特点 ， 管接头所承受的压力脉冲、 机械振动、 腐蚀或 热冲击等 与主体构件 中的情况 相 比有过之 而无不及 。 因 此 超高压管接 头的设计 、 制造 和安装应 特别 注意 。否则 容 易因松动 而泄漏 ， 因疲 劳而爆破 ， 导 致事故 发生 。 在 超高 压系 统 中应尽 量减 少管 接 头 ，使 系 统 的密 封环节尽可能少。一般小直径f 3 1 5 m m 的管道 ． 多采用 中间接 头 结构 型 式 的管 接 头 。 当管道 直 径 大 于 1 5 m m 时多 采用 法兰 结构 型式 的管 接头 。超 高压 管 接头 的密 6 封要有足够的密封强度 ， 压力在 I O O MP a以下时管接头 中的密封件可采用橡胶、 氟塑料等材质。 压力在 I O O MP a 以上时管接头中的密封需采用钢材 ， 此时密封件采用球 面或不等角锥面的几何接触 ， 在螺母或法兰强制力的作 用下产 生接触 表面轻微 变形 的均匀线接触 密封 。 参 考 资 料 [ 1 】 李培 滋． 飞机液压传 动与伺服控 制[ M】 ． 北京 国防工业 出版 社 ． 1 9 7 9 ． f 2 】 杨 国桢． 飞机液压传动与伺服控制[ M】 ． 西安 空军工程大学 出 版社 ． 2 0 0 2 ． 【 3 】 雷天觉． 液压工程手册f M 】 ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 3 ． 垫 度 的增 加摩 擦 系数 下降 ，且 在点 3时 降至 最小 为 ， 然 后 随 着运 动的 继续增 加 ， 摩擦 系数 也 随着增 加 。这就 是 摩擦力降落特征。 2 消除爬 行现象 的措施 依据 上 述 分析 ， 为 了消 除液 压爬 行 ， 应该 从 上述 四 个 方 面着手 进行 。 2 ． 1 降低静 摩擦 力 与动摩 擦 力的 差值 第一 ， 在加工液压缸等部件过程 中， 应保持缸筒内 壁尽可能光滑， 降低 内表面粗糙度 ， 保证 良好的形状精 度 、 位置精度 。 第二 ，要选用静摩擦 系数与动摩擦 系数差值小的 材料制作活塞和液压缸。在选材中， 除了要考虑负载条 件 、 化学条件等因素外 ， 还要考虑活塞和液压缸材料摩 擦特性。表 l给出了几种典型摩擦副之间的静摩擦系 数和动摩擦系数 。 力 F 为 k x ， 在 B、 D之间就产生静摩擦力 F静， 且弹力 F方向与摩擦力方向相反 。在 ，静 情况下， B件不动， 随着 A运 动 一 段 时 间 t 。 后 ， A移 动 了距 离 。 后 ，此 时 F k x 。 F静的瞬间 ， B在力 的作用下 由静止突然变为运 动状 态 ，在该 状态 下 ， B、 D之 间 的静 摩擦 力 F静 随之 转 变为动摩擦力 F动 ， 形成阻力差 △ F静 一 F动， 通常 F静 F动 ， 即弹簧弹力 F F动 ， B件在这瞬间受到弹簧弹力 k x o 和动摩擦力 动 共同作用 ， B件在力差 k x 。 一 F动 作 用下 ， 产生加速度 ， 形成 B突然 冲出的现象 ， 在 B冲 出 过程中， 弹簧 C的压缩量不断减小 ， 其加速度大小逐渐 减小 ， 速度很快增大。随着 B的运动 ， 在某一瞬间弹簧 C对 B的作用力 刚好克服动摩擦力 F动 ， 此时 B速度 达到最 大 。 在惯 性作 用下 ， B继 续 向前 冲 ． 从 而拉 伸 弹簧 C， 这样弹簧 C对 B有一作用力 F k x ， 且 的方向与动 摩擦力 动 方向相 同， B在两个力的合力 k x F 作用 下减速 ，直至 B停止。这就是液压爬行的一个运动周 期 。A件不停作匀速运动 ， B件就会不停在 D上作爬行 运 动 。 通过上述对液压爬行现象 的原理分析 ，可以总结 液压爬行 主要取决于以下 四个方面 1 摩擦副之间的静摩擦力与动摩擦力的差值。一 般情况下 ， 静摩擦力大于动摩擦力 。两者差值越大 ， 越 容易产生液压爬行现象。 2 传动系统 的刚度 。在液压 系统中 ， 传动件 的刚 度 、液压油的压缩变形量以及空气的混入都影 响液压 爬行现象 。 3 运动件的质量。质量越 大 ， 运动中的惯性也就 越大。通过上述分析可知 ， 惯性大 ， 弹簧 C被 B件拉伸 的量也就越大。爬行的位移量就随之变大。另外 ， 活塞 等运动件的质量大 ，垂直作用于摩擦面的作用力也就 大， 导致静摩擦力与动摩擦力的差值 随之变大。 4 运动速度过小 。图 2所示的是金属摩擦副有液 体润滑 时 ， 摩擦 系数 与运 动速 度之 间 的关 系 。 线段 1 2 表示随着摩擦副运动趋势的增加 ，摩擦 系数 由大逐渐 变小为 ， 线段 2 ～3 表示摩擦副开始运动 ， 随着运动速 ＼ 蛭 避 运动速度 v 图 2 运动速度与摩擦系数间关系 表1 典型摩擦 副的摩擦 系数 第三， 保持摩擦副之间良好 的润滑状态。摩擦副之 间 之所 以呈 现 如 图 2所 示 的摩擦 力 降 落特 征 。 主要是 因为摩擦副静止时 ， 润滑面间的润滑油被挤 出， 在摩擦 面上呈干摩擦或者近似干摩擦 ，这样摩擦副刚开始作 相对运动时 ， 摩擦 系数很大 ， 随着运动速度增加 ， 由于 摩擦逐渐转化为湿摩擦 ，到点 3时．完全转化 为湿摩 擦 ， 摩擦系数达到最小 。为了改善摩擦力降落特性 ， 可 合理选择高强度润滑油 ，以及在润滑油中添加极压添 加 剂 。对 于严格 要求 精 度 的液 压 系统 可采用 滚动 导轨 、 静 压导 轨 以及工 程 塑料 滑动 面等措 施 。 第 四 ， 减 小 摩擦 副 的装配 误 差 。在 装配 液 压 缸时 ， 摩擦面安装不当 ，易造成液压缸别劲。在大负载情况 下 ， 导致缸壁和衬套受损 ， 转而恶化摩擦效果。所 以选 用 的 密封 圈应 性能 优 良 ， 安装 正 确 。 2 - 2 增 加 液压 系统 刚度 液压 油 的 刚度 对 液压 系统 的爬 行 影响 很 重要 。而 液 压 油 的刚 度 除 了取决 于油 液种 类 外 ，油 液 中混 入 的 空气量对其刚度影响很大。在液压缸内， 当油液处于低 压 状 态 时 ， 油 液 中 的空 气 析 出 ， 形 成 很 多 气 泡 ， 空气 比 液 压 油 的弹性 大 、 可 压缩 性强 ． 起 着蓄能 器作 用 ， 容 易 7 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 01 0 年 第l l期 液压 系统故障诊断技术综述 蒋 威 高钦和 张志永 第二 炮兵工 程学 院 ， 陕西 西安7 1 0 0 2 5 摘要 介绍 了液压系统故障诊 断技术 的发展过程和各种典型的故 障诊断方法 ， 总结 了液压系统故障诊 断技术 的研究热点 ， 指 出了通 用化故障诊 断系统是液压系统故障诊断技术的发展方向 ， 智能传感器技术 、 信息技术和人工智能技术 等的融合是通用化故障诊断系统 的实 现 途径 。 关键字 液压系统 ； 故障诊断 ； 发展方向； 通用化故障诊断系统 中图 分 类号 T P 2 7 l 文献 标 识 码 A 文 章 编 号 1 0 0 8 0 81 3 2 01 0 l 1 - 0 0 0 8 0 6 A S u r v e y o f F a u l t D i a g n o s i s Te c h n o l o g y f o r Hy d r a u l i c S y s t e m J I A N G We i G A 0 Q i n h e Z H A N G Z h i - y o n g T h e S e c o n d A r t i l i y E n g i n e e r i n g C o l l e g e ，Xi ’ a n 7 1 0 0 2 5 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e d e v e l o p me n t o f f a u l t d i a g n o s i s t e c h n o l o g y f o r h y d r a u l i c s y s t e m a n d t y p i c a l f a u l t d i a g n o s i s me t h o d s a r e p r e s e n t ， a n d t h e r e s e a r c h p oi n t s o n f a u l t d i a g no s i s t e c h n o l o g y f o r h y dr a u l ic s ys t e m a r e s u mma r i z e d． I t i s p o i nt e d o u t t h a t t h e u n i v e r s a l f a u l t d i a g no s i s s y s t e m i s t h e d e v e l o p me n t a l t r e n d o f f a u l t d i a g n o s i s t e c h n o l o g y for h y d r a u l i c s y s t e m， t h e f u s i o n o f i n t e l l i g e n t s e n s o r t e c h n o l o gy； i n f o r ma t i o n t e c h n o l o g y ； h u ma n i n t e l l i g e n c e t e c h n o l o gy a n d S O o n i s t h e w a y t o c o n s t r u c t t h e u n i v e r s a l f a u l t d i a g n o s i s s y s t e m f o r h y d r a u l i c s y s t e m ． Ke y W o r d s h y d r a u l i c s y s t e m； f a u l t d i a g n o s i s ； d e v e l o p me n t a l t r e n d ； u n i v e rsa l f a u l t d i a g n o s i s s y s t e m O 引言 液压传动是三大传动技术之一 ，是通过流体介质 实现能量转换与传递的传动方式 ， 与机械传动、 电力传 动相比， 液压传动输出功率大 ， 单位功率重量 比小 ， 易 收稿 日期 2 0 1 0 0 3 2 6 作者简介 蒋威 1 9 8 1 一 ， 男 ， 湖南双峰人 ， 汉族 ， 博 士研究生 ， 主要从事液 压传动系统建模与故障诊断工作。 -- ． - 一 - - - 一 产生爬 行 现象 ， 所 以要 防止空 气进 入液 压 系统 内 ． 系统 内存在空气要及时排除。对液压系统要采取 良好的密 封 ； 合理 设 置 系统 的 吸 、 排 口位 置 ， 吸 、 排 口过 高 ， 空 气 容 易进 入 系 统 内 ， 吸 、 排 口过 低 ， 油 箱 中的污 染 物 容 易 进 人 系统 内 ， 所 以吸 、 排 口要 高 度适 中 ， 在 油 箱 中设 消 泡网， 在管路中设排气阀。 2 ． 3降低 运动 件的质 量 运 动件 质量 大 ， 摩擦 力也 就大 。 为此 ， 在设 计 和选 用材料时 ， 在满足使用刚度前提下 ， 还要考虑尽可能减 小运动件 质量 。例如 ， 活塞 、 推 杆等 可设 计成 中空 。 2 ． 4控制运 动速度 控 制运 动件 速度 的有 效途 径是 提 高传动 系统 的 阻 尼 比 ， 如 在系统 中设 置适 当的阻 尼装 置 ， 或选 用黏 度较 大 的液 压油 8 于实现无级调速和过载保护，液压传动装置易于实现 自动化 ， 完成各种复杂动作 ， 操作简便 ， 目前液压系统 广 泛应 用 于现代 化 制造 、 重 型机 械设 备 、 航空航 天等领 域『 l 』 c 经过几十年的发展 ， 液压系统的功能越加完善 ， 同 时液压 系统的结构越加复杂 ，由于液压系统通过封闭 管道内的受压介质实现能量的转换和传递 ，不如电力 传动和机械传动那样直观 、 易于观察 ， 使得液压系统的 - - 一- - - 4 - - - - * 一 一一 一 一 -- - 4 -- - 4 -- 一 一 - 一 - 一 3 结束语 总之 ． 影 响液 压 系统爬 行现 象 的 因素有 很多 ， 在实 际操作使用和维护管理中 ， 尽可能消除不利因素 ， 从而 延长液压系统寿命 ， 保持液压系统高质量地运行 。 参 考 文 献 川 1 嵇光国． 液压系统故障诊断与排除【 M】 ． 北京 海洋出版社 ， 1 9 9 2 ． [ 2 】 何建英． 液压爬行现象研究[ J J ． 制造业 自动化 ， 2 0 0 0 5 ． 【 3 1 陈冠国． 用摩擦学原理分析建筑机械液压 系统的爬行『 J 1 ． 建筑 机械 ． 1 9 9 9 2 ． 【 4 】 王文深， 吴章良， 贺红艳． 谈侵入空气对液压系统的影响及改 善措施『 J 1 ． 河南机电高等专科学校学报 ， 2 0 0 0 3 ． I 5 ] 刘春芳 ， 吴盛林 ， 贾锦虹． 液压仿真转 台中液压爬行现象分析 及消除措施『 J ] ． 制造业 自动化， 2 0 0 2 5 ． [ 6 ] 陈曼龙． “ 爬行” 现象的另一种解释I J 】 ． 制造技术与机床， 2 0 0 8 7 ． 【 7 】 章宏甲． 液压 与气压传动【 M1 ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 0 0 ．