超高压液压技术的探讨.pdf

液 压 气 动 与 J ／ 2 0 1 0年 第 1 1期 超高压液压技术的探讨 付长安 张显余 空军 航空大学航 空机械 工程 系 ， 吉林 长春 1 3 0 0 2 2 摘要 当液压系统或液压机械 的压力超过 8 2 MP a 时 ， 通 常称为超高压压力。在这 一压力域 中， 有着许多一般液压技术所未予考虑的 特殊性， 这些特殊性即形成 了独特的超高压液压技术 。本文采用对 比分析的方法 阐述了超高压液压系统 的使用和设计特点。 关键词 超高压液压技术 ； 超高压介质 ； 超高压密封 中图分类号 T H1 3 7 ． 5 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 4 0 3 Di s c u s s i o n O H Cha r a c t e r i s t i c s o f Ul t r a - h i g h P r e s s u r e Hy d r a u h c Te c h n o l o g y FU Ch a n g- a n ZHANG Xi a n -y u De p a r t me n t o f Ae r o n a u t i c a l a n d Me c h a n i c al En g i n e e r i n g ， A i r F o r c e A v i a t i o n U n i v e r s i t y ，C h a n g c h u n 1 3 0 0 2 2 ， C h i n a Ab s t r a c t Wh e n t h e p r e s s u r e e x c e e d i n g 8 2 MP a i n h y d r a u l i c s y s t e m o r h y d r a u l i c ma c h i n e r y ， i t i s u s u a l l y c a l l e d u l t r a - h i g h p ms s u r e ． I n t h i s d o ma i n ， t h e r e a r e ma n y s p e c i fi c i t i e s n o t c o n s i d e r e d i n o r d i n a r y h y d r a u l i c t e c h n o l o g y ， t h e s e f o r m the u n i q u e u h r a - h i g h p r e s s u r e hy d r a u l i c t e c h n o l o g y ． I n t hi s pa pe r ． t he u l t r a hi s h p r e s s u r e hy d r a u l i c s y s t e m s c ha r a c t e r i s t i c s o f us i ng a n d de s i g n 8 d e s c r i b e d t h wu g h e o n t r a s t i v e a n a l y s i s ． Ke y W o r d s u l t r a - h i g h p r e s s u r e h y d r a u l i c t e c h n o l o g y ； u l t r a h i g h p r e s s u r e me d i a ； u l t r a - h i g h p r e s s u r e s e a l i n g ‘ O 引言 在 工 程 应 用 中 的 液 压 系 统 通 常 采 用 的 压 力 为 3 5 MP a以 内 ，因为在 这个 压力 下 液压 元件 和液 压 系统 具有较高的技术经济性。但在某些场合，诸如金属挤 压 、 液压成形 、 粉末冶金 、 人造金刚石合成 、 超高压射流 收 疆 日期 2 0l O- 0 41 2 作者简介 付长安 1 9 6 4 一 ， 男 ， 吉林长春 ， 副教授 ， 研究方向 飞机液压与 气压传动技 术。 十 一 - 一 一 - - - - - - - - - - - 一 - - 一 一 2 模 块化 设计 、 开放性 系统 。 3 统筹规划， 建立完善的开发思路和制作群体。 4 结论 随着计算机技术 的发展 ，虚拟现实逐渐走进教学 领域 。虽 然 目前 ， 完全沉 浸虚拟 现实 系统 的硬 件设施 价 格昂贵制约了虚拟现实在教学 中的普及 ，但桌面虚拟 现实 系统 的应 用却 为教 学媒 体 的应 用开 辟 了一条 新 的 道路 。随着虚拟 现实 系统 的价格不 断下 降 ． 软件 的适用 不断增强 ， 这种新 的教 学媒体 必将广 泛应用 于教学 。而 且 ， 它使 个性 化教 学 真正 成为 可能 ， 当虚拟 现实 在教 学 中普及 时 ， 教学方 式一定 会随之 发生 巨大 的变化 。 虚拟现实技术作为一个新型的媒体 ，以其 自身强 大的教学优势和潜力 ， 为学生提供了一个 自主、 交互和 直观 的学 习环境 ， 为教 学 的创 新 提供 了新 的空 间 、 平 台 和可能性， 丰富了教学的实践形式和多样性。我们相信， 4 加工和耐压试验等方面采用的压力通常在 1 0 0 MP a左 右 ， 有的甚至在 6 0 0 MP a以上。当液压系统或液压机械 的压力超过 8 2 M P a时， 通常称为超高压压力。 在这一压 力域 中， 有着许多一般液压技术所未予考虑的特殊性。 这些特殊性即形成了独特的超高压液压技术。 l 超高压小 流量 超高压液压技术主要发挥超高压液压压力的优势 和威力。当超高压液压机械或系统以一定的功率工作 随着虚拟现实技术与高校教学的不断整合 ．必将更好 地服务于教学， 使教学效果达到质的飞跃， 这将对高教 事业 的发 展产生 积极 而深远 的影 响。 参考 文献 [ 1 】 郭建才． 虚拟现实技术 在电子教学 中的应用【 C 】 ． 计算机应用 论文集 ． 2 0 0 1 ． 【 2 1 李慧． 数字交通中的“ 虚拟现实” 技术应用 信息技术2 I 【 3 】 谢志江等． 案例教学法在工科教学 中的应用【 J 】 ． 高等工程教育 研究。 2 0 0 3 5 ． [ 4 】 孙家广． 计算机 图形学【 M】 ． 北京 清华大学出版社 ， 1 9 9 8 ． 【 5 】 李欣． 虚拟现实及其教育应用【 M】 ． 北京 科学出版社 ， 2 0 0 8 ． 【 6 】 钟毅． 浅析虚拟现实技术在计算机专业教育中的应用阴． 江西 教育学院学报 综合 ， 2 0 0 7 6 ． [ 7 】 买桂英 ， 华庆一． 基于 V R M L的微机原理学习系统 的开发【 J 】 ． 重庆工学院学报 自然科学 ， 2 0 0 8 2 ． 【 8 】 李 贵品 ， 吴 姜． 虚拟 现实技术在 教学中 的应用【 J ] ． 科教 文汇， 2 0 0 6 1 1 、 ． 时 ， 由于使用的压力很 高 ， 所以流量就很小 ． 其流量一 般在 1 L ／ m i n左右。以极高的压力在很小的流量下工作 是超高压液压技术的一大特征 。目前 ， 以流体为传动介 质的机械中采用 的压力值已高达 1 4 0 0 MP a以上。在 以 流体为静压介质 的应用 中， 所采用 的压力值则更高 ， 可 达 24 o 0 MP a以上 。 2 采用柱塞 副结构 超高压压力是对液体介质实施强大作用力产生的， 为保证产生超高压的构件强度和刚度。 在超高压泵和增 压器中， 升压元件几乎都采取了柱塞副的结构形式 。同 时， 柱塞副对超高压力下的密封也具备良好的适应性。 3 要求专用液压介质 一 般液压油在超高压力下流动性锐减 ，体积压缩 量不可忽略 ，后者在极大程度上影响着系统的容积效 率。所 以一般液压油在超高压力下难 以正常工作 ， 应该 选用在超高压力下具有 良好流动性 和最小体积压缩量 的特殊专用介质 。超高压力下液体介质稠化与否取决 于它的超高压黏度特性 ；超高压力下液体介质的压缩 量和弹性则取决于它的体积弹性模量 。体积弹性模量 越高则介质体积压缩量和弹性越小。 一 般情况下大多数矿物油在高于 4 0 0 MP a压力 下 呈稠脂状。但 6 0 ％的煤油和 4 0 ％的变压器油混合 ， 在 l 0 0 0 MP a 压力时仍能很好工作。 丙三醇 即甘油 是一种 良好的超高压液压用介质 ， 它在 l 4 0 0 MP a压力下也能 保持 良好的流动性 ． 并且还具有很高的体积弹性模量。 通常它以水一甘醇混合液的形式实际应用 ，水虽然具 有很高的体积弹性模量 ， 但 由于水会锈蚀金属 ， 并且不 易密封， 故主要用于耐压试验。 能用于超高压 系统 的介 质还有 蓖麻油 、凡士林 油等。除此之外 ， 混合介质 的应 用常能获得较 理想的 效果 。 如蓖麻油一 酒 精 、 蓖麻 油一 矿 物油混 合液在 7 0 0 1 0 0 0 MP a 压力下仍能保持 良好的流动性 。 4 要求严格 的密封 在超 高压 力 下要 求 所 有 的密 封环 节 和元 件 都 具 有 很 高 的强度 。 否则 极易 击穿 。由于液 压介 质在 升压 过 程 中会释放热量， 致使密封环节和密封部位瞬时升温 ， 所 以超高压力下的密封也必须具有良好的耐热性。 超高 压 液压 技 术对 密 封 的要 求极 为严 格 。一 方 面 由于间隙相同时超高压力下的泄漏量 比常用压力下大 几倍甚至几十倍 另一方面 由于超高压液压装置 的流 量 较 小 ， 一般 仅 约 1 L ／ m i n左 右 ， 因 此 即 便 是 微 量 的 泄 漏也会产生很大影响 ．特别是对超高压液压系统 的升 量 压和保压性能的影响尤为突 出。 超 高压密封虽然有它独特的要求 ，但与一般 的液 压 密 封还 是 大 同小 异 ，因此 传 统 的密 封方 式 是 可 以参 考 的 。需要 特别 指 出 的是 ， 由于超 高压 液压 技术 常用 于 尖端科学技术的研究 、 试验和生产中 ， 其密封型式具有 很 强 的针 对 性 和局 限 性 ， 所 以密 封 常常 是 特殊 设计 的 ． 可供选用 的超高压密封元件很少 。对大多数超高压系 统来说 ， 参考已有的传统密封形式 ， 结合超高压 系统功 能的独特要求 ，进行专用密封形式 的设计和制造是解 决超高压密封的主要途径和方法。 4 ． 1 密 封材 料 在超高压力下密封材质受 到强烈的压挤 ，易于产 生塑性流变。升压过程中液体介质会放热 ， 由于超高压 升压压差大 ， 瞬时温升高 ， 促使塑性流变加剧 ． 造成密 封 变形 量 大 甚 至击 穿 。而 超 高压 力 下 密封 材 质 的弹性 丧失也将使密封性能急剧下降。所 以一般的密封材料 是难 以承受苛刻的超高压条件的。 当压力在 1 0 0 MP a以下时， 塑性材质如橡胶 、 皮革 ． 氟塑料尚可使用。 当压力高于 1 0 0 M P a时则需采用具有 一 定韧性 的硬质材料， 如铝 、 紫铜 、 铅和铍青铜等。 4 ． 2密 封结构 超高压静密封通常采用借助于螺纹力强制密封件 与 被密 封 件 之 间产 生 一定 的 接触 压 力 而达 到 密封 的 结 构型式。通过螺纹可调节接触压力 ， 对密封进行调整和 补偿 ， 常用于 1 0 0 MP a压力 以下 、 要求不高的场合。 另外 带 挡 圈的 O形 圈 可耐 压 2 0 0 MP a左右 。金属 O形 密 封 则可承受 3 5 0 M P a ， 甚至 7 0 0 MP a的压力 。 实际使用中尚无定型的超高压静密封元件 ，由于 超高压技术在应用上的多样性 ，所 以在超高压静密封 的选用和设计中还要考虑实际的工作条件 ， 诸如高温 、 酸蚀 、 易燃等因素。如果合适地选用密封材料 、 设计密 封结构可 以取得 1 0 0 0 MP a以上压力 的密封效果 。例 如 ， 根据螺纹力强制 密封结构的原理 ， 选用淬硬球面钢 垫 材质 为 4 5号 钢或 3 5 C r Mo A等 作密 封件 的结 构可 密 封 l 0 0 0 MP a左右 的压 力 。 超 高压动密封 主要是 指往 复式动 密封 ， 主要依靠 间隙密封和密封填料实现。问隙密封多采用弹性 圆筒 衬套 结构 ， 由于 液体介质 的黏性 流动 ， 在 弹性 圆筒衬 套两端产生压降 ， 衬套就局部地抱紧在轴上 。这种结 构可达到 6 0 0 ～ 7 0 0 MP a的超 高压动密封 效果 。除此之 外 ， 密封填料结构型式 的 V形密封填料在螺纹力作用 下受压 强制密 封 ， 当填料采用铍 青铜等制作 时 ， 可达 到 1 O 0 o M P a左右 的超高 压动 密封效 果 。 5 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 ．