解决液压冲击和负载冲击危害的方法.pdf

Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ， NO ． 5 ．2 0 1 0 解决液压冲击和负载冲击危害的方法 王 林 王东升 来安社 1 ． 中航工业西安飞机设计研究所 ， 陕西西安7 1 0 0 8 9 ； 2 ． 中国飞行试验研究院 ， 陕西西安7 1 0 0 8 9 摘要 液压冲击和负载机械 冲击是液压 系统的常见现象 ， 冲击 会产生剧烈的振动和噪声 ， 给液压系统密封 、 机构运 动、 元器件工作和 工作环境带来危害 。本文通 过一个工程实例 ， 阐述了液压冲击 和负载冲击产生 的原 因， 并提 出了减小冲击 、 避免 冲击危害的十条措施 。 关键词 液压 冲击； 液压系统； 负载 冲击 中图分类号 T HI 3 7 ． 7 文献标识 码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 0 1 0 5 0 0 3 1 0 3 Re s o l v e t h e M e a s u r e o f Hy d r a u l i c I mp a c t a nd S u r g e Lo a d Ha r m WANG Li n WANG Do n g - s h e ， ，Ai t - s h e 1 Xi ’ a n Ai r c r a f t I n s t i t u t e o f Ch i n a Av i a t i o n I n d u s t r y C o r p o r a t i o n ． Xi ’ a n 7 1 o o 8 9 C h i n a ； 2 C h i n e s e F 1 i g h t T e s t E s t a b l i s h me t ． Xi ’ a n 7l o 0 8 9 C h i n a Ab s t r a c t Hy d r a u l i c i mp a c t a n d me c h a n i c a l s u r g e l o a d a l e t h e f a mi l i a r p h e n o me n o n o f h y d r a u l i c s y s t e m． T h e s u r g e i mp a c t w i l l b r i n g s h a r p s h a k e a n d y a w p， wh i c h a r e h a r m t o h y d r a u l i c s y s t e m a i rpr o o f ， ma c h i n e mo v e me n t ， c o mp o n e n t w o r k a n d wo r k i n g e n v i r o n me n t ．A p r o j e c t e x a m p l e i s i n t r o d u c e d i n t h e p a r a g r a p h ， a n d a n a l y z i n g t h e H y d r a u l i c I mp a c t a n d S u r g e L o a d c o m e i n t o b e i ng l1 8 o n ． U h i ma t e l y t h e r e a r e t e n me a s u r e s t h a t c a n r e d u c e i mp a c t a n d a v o i d h a r m i n t h e p a p e r ． Ke y W o r d s h y d r a u l i c i mp a c t ； h y d r a u l i c s y s t e m； s u r g e l o a d O 引言 高压大流量液压 系统启动和停止时引起流体和运 动部件运动状态急剧变化 ， 在惯性作用下 ， 系统 内瞬间 出现了很高的压力， 这就是通常所说的液压冲击。在液 压执行机构带动下 ， 负载运动也 出现急起急停现象 ， 质 量较大的负载将产生很大的惯性冲击 。液压 冲击和负 载机械 冲击不仅影 响系统性能稳定性 和工作可靠性 ， 还会引起振动和噪声 以及连接件的松动等现象 ，甚至 使焊缝开裂 、 液压元件和测量设备损坏。 液压冲击和负载冲击是一种客观现象 ，但 冲击是 可以减小的， 冲击危害是可以减少或消除的。本文通过 一 个工程实例阐述了液压冲击和负载机械冲击产生的 危害 ， 分析 了冲击产生的原因 ， 并详细说明了消除危害 的措施 。 1 工程简介 某 机 构 负载 固定 在 转 轴上 ，并在 液 压 油缸 带 动下 绕转轴中心作局部回转运动。液压系统原理简图见 图 1 ， 当液压泵工作 ， 电磁阀 2 D T、 3 D T带 电时 ， 无杆腔进 油． 活塞杆慢速伸 出推动负载到达预定位置。 活塞运行至接近端头时，在障碍物阻挡下负载停 止运动 ， 此时油泵开始给蓄能器供液 ， 当无杆腔 、 蓄能 器压力达到规定值后 ， 电磁阀 2 D T、 3 D T断 电。此过程 仅靠油泵供油 ， 流量仅为 8 4 L ／ m i n ， 活塞杆伸 出过程最 收稿 日期 2 0 0 9 一 l O 一 0 8 作者简 介 王林 1 9 6 2 一 ， 男 ， 陕西 富平 人 ， 高级工程 师 ， 毕业 于沈 阳工业 学院． 主要从事飞机保障设备设 计。 大供油压力 为 3 MP a ， 机构运 动速度缓慢 ， 无明显 冲击 现象 。负载运动到位后 ， 外力对负载开始加力 。 当外力 增 加到规定值 时 ， 电磁 阀 1 D T、 4 D T、 5 D T带 电， 系统 由 蓄能器和油泵同时供油 ，供油流量接近 2 0 0 0 L ／ m i n ， 供 油压力高达 2 2 MP a ， 有杆腔快速进油 ， 活塞杆瞬间高速 收回后突然停止 ， 带动负载返 回到起始位置 ， 完成一个 工作循环。 图 1 液 压 系统 原 理 简 图 在高压 、 大流量供油时 ， 回油流量高达 4 2 0 0 Umi n ， 回油最高流速为 1 2 ． 5 m ／ s ，负载及转轴回转平均角加速 度为 7 8 ． 5 ／ s 。油缸活塞平动平均加速度为 3 3 ． 2 m ／ s ， 活 塞最大运动速度为 6 ． 6 m ／ s ，油缸缓冲行程仅 6 0 mm， 液 流环境和机械运动环境均不利于系统的平稳运行。由 液 压 气 动 与密 封 ／ 2 0 1 0年 第 5期 于系统流量大 ， 压力高 ， 负载质量大 ， 加速度 、 速度均较 高 ， 工作时间短 ， 缓冲行程短 ， 系统产生的冲击和振动 均很大 ，因此导致 了设备调试过程中发生了多起故障 和危 害。 2 冲击 的危害及原因分析 液压冲击和机械冲击产生了巨大的振动和噪声 ， 造成了元器件及结构的破坏 。振动使泵站、 管路 、 安装 支架等部位紧固螺栓松动 ，液压密封圈产生 冲圈 、 喷 液 ， 造成了环境污染 ， 还使电磁阀发生掉线 、 产生卡滞 ， 使管夹松动 、 焊缝断裂。尤其是电磁阀卡滞造成机构不 能动作， 造成系统瘫痪 。电磁阀卡滞还使阀芯运动不到 位， 通流截面减小 ， 流量不足 ， 使机构运动速度缓慢 ， 不 能满足系统工作要求。 产生振动和噪声有两方面原因。其一， 由机械碰撞 产生 。如电磁阀打开或关闭瞬间阀芯与阀体产生 的高 速碰撞 、 负载在运动末端与减震装置 的碰撞。其二 ， 由 液压冲击所致，迅速打开或关闭液流通道以及急剧改 变液压缸运动速度时由于液体及运动部件惯性的作用 均会产生液压冲击。液压冲击引起了流体振动， 使流体 与固体之间， 流体与流体之间发生剧烈碰撞 ， 产生噪声 和振动。 3 如何降低液压冲击和振动产生的危害 迅速打开或关 闭液流通道产生 的液压 冲击较小 ， 因惯性作用引起的压力变换 △ p见式 1 。 卸 ∑ziP A 譬 1 n i ， 1 式中Z 第 i 段管道的长度 ， 单位为 m； 流体密度 ， 单位为 k g ／ m 。 ； A 液压缸活塞面积， 单位为 m ； A 厂一 第 i 段管道的截面积 ， 单位为 m ； ， 活塞及连动部件的质量 ， 单位为 k g △ 活塞速度变化量， 单位为 m ／ s ； z 活塞速度变化 所需的时间， 单位为 S ； △ p的急剧 变化 是引 起振 动 和冲 击 的主要 原 因 ， 系 统确定后， △ p的大小取决于 t 大小 ， 因此在满足系统工 作要求 的条件下 ， 应使 t 值尽可能增大。 我们可采取 以下措施尽可能减小液压冲击 ．采取 有力措施降低液压冲击的危害。 1 选用带阻尼的电磁阀， 在不影响机构工作的条 件下 ， 延长电磁阀切换时间。或选用软切换电磁阀 ， 通 过电磁铁衔铁中节流孔降低阀芯移动速度和阀芯棱边 开节流孔等措施 ， 减少系统在阀切换时的冲击。 3 2 2 在液压缸底部设置缓冲装置。油缸活塞运动速 度在 0 ． 2 m ／ s 以上时 ， 必须设置缓冲装置。 缓冲装置可以 防止或减少液压缸活塞及活塞杆等运动部件在运动时 对缸底或端盖的冲击 ，在他们 的行程终端实现速度的 递减 ， 直至为零。缓冲装置的类型有恒节流面积缓冲装 置和变节流型缓冲装置。 3 在负载运动末端增加缓冲装置 ， 吸收机构运动 的动能 ， 减少负载冲击作用。缓冲装置可以购买市售产 品． 也可以用聚胺脂 、 橡胶等弹性材料制作缓冲装置。 4 使用减震 、 抗震性能 良好的设施 。使用高压橡 胶软管可以减少振动， 起到缓 冲作用， 在硬管线中安装 波纹补偿器． 降低振动的破坏作用 。电机及重要的仪表 等设施可采用柔性安装方法 ， 降低振动的危害性。中高 压管路 中采用抗震性能 良好 的塑料管夹 固定管子 ， 见 J B ／ Z Q 4 0 0 8 - 1 9 9 7 。 5 利用控制系统减小冲击。可在负载运行终点位 置前安装非接触式位置传感器，提前发 出电磁阀关断 信号 ， 使电磁阀及时关 闭， 切断压力供油 ， 这样就可以 减小活塞 、 负载及其它运动附件的末端速度。 6 要有完善的防松措施。管路螺纹接头部位要打 保险丝 ， 连接螺栓要加弹簧垫圈或防松垫圈。 7 采用合理的液压密封形式。大通径管路宜采用 法兰 O型圈密封形式 ， 参见 J B ／ Z Q 4 1 8 7 9 7 。航空工业 常用的 7 4 o 锥密封适用于工作压力至 2 1 M P a ， 公称 内径 小于 2 0 m m的管系中。 8 设备周 围安装 吸音 、 隔音设施 ， 减少噪声产生 的环境污染。 9 定期检查液压油品质 ， 按期更换液压油 ， 以防 液压油污染、 变质使系统发生故障。 1 0 制定严密的检修制度和操作程序 ， 定期检查 螺栓连接是否松动， 液压管路是 否漏油。 电磁阀阀芯运 动是否灵活 ， 保险丝是否断裂 ， 将危害的发生减少到最 小程度。 4结 论 液压系统属非标系统 ， 其构型 、 组成纷繁多变 ， 工 作特性 、 技术参数也有很大差异 ． 减小液压冲击和负载 冲击的根本就是要尽可能延长活塞速度变化 所需 的时间。以上提出的减小液压冲击和负载冲击 ， 防止危 害发生 的方法应在认真分析系统工作要求 的基础上 ， 区别不同情况 ， 灵活运用。同时要建立健全严密的设备 维护检修制度 ， 严格执行操作规程 ， 做 到防患于未然 ， 将危害消除在萌芽状态 ， 方可减少设备故障率 ， 保证设 备正常运行 。 Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e a l s ／ No ． 5 ． 2 O1 0 铆接机液压系统的发热分析 刘宏献 安阳锻压机械工业有限公司， 河南安阳4 5 5 0 0 0 摘要 本文对铆 接机液压系统发热问题进行了分析 ， 不 仅液压元 件的局部阻力损失和无功溢流造成液压系统的发热 。 而且 管道 内的 沿程阻力损失和局部阻力损失也是系统发热的主要 因素。 通过提高管道通径 、 合理的设计增压集 成阀块 ， 并 提高油箱散热能力 ， 有效的 降低系统发热 。 关键词 液压系统 、 通径 、 发 热 、 中图分类号 T H1 3 7 ．7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 0 0 5 0 0 3 3 0 3 An a l y s i s o f Ri v e t i n g M a c h i ne’ S Hy d r a t t hc s S y s t e m He a t i n g LI U Ho n g- x i an f A n y a n g F o r g i n g - P r e s s M a c h i n e r y I n d u s t ry C O ． ， L T D ，A n y a n g H e n a n 4 5 5 0 0 0 Ab s t r a c t T h i s t e x t a n a l y s i s e s t h e g l o w p r o b l e m o f t h e h y d r a u l i c r i v e t i n g ma c h i n e’ S h y d r a u l i c s y s t e h e c a u s e s o f h y d r a u l i c s y s t e m g l o w a r e l o c a l r e s i s t a n c e l o s s o f h y d r a u l i c c o mp o n e n t s a n d r e a c t i v e o v e r f l o w， t h e a l o n g r e s i s t a n c e l o s s a n d t h e l o c a l r e s i s t a n c e l o s s i n t h e p i p e ． 1 i n e a r e a l s o t h e m a j o r f a c t o r o f h y d r a u l i c s y s t e m g l o w ． t h e s y s t e m g l o w c a n b e r e d u c e d b y i n c r e a s i n g t h e d r i f t d i a m e t e r o f p i p e l i n e ， d e s i g n i n g i n t e g r a t e d v a l v e b l o c k r e a s o n a b l y a n d e n h a n c i n g the a b s t r a c t i o n o f h e a t c a p a c i t y o f o i l t a n k ． Ke y W o r d s Hy d r a u l i c s s y s t e m； d r i f t d i a me t e r ； h e a t i n g O 引言 T 9 2 Y 一3 1 ． 5液压铆接机是我厂开发研制的一种汽 车大梁专用铆接设备， 它每分钟可铆接 1 2的铆钉 1 2 1 5个 。 其社会效益和经济效益是非常显著 的， 是汽车行 业一种理想的专用铆接设备。但是， 该机一直存在着一 个致命的弱点 即连续负荷工作 4小时 以上 ， 液压系统 的油温明显超过国家有关标准规定 的油温标准 6 0 C ， 由此而造成的许多质量问题相继 出现 ， 如 油液长期处 于高温状态 ， 造成油液易变质 ； 橡胶密封 圈易老化 、 损 坏 ， 液压系统 内外泄漏严重 ； 更为严重 的是 ， 由于该机 结构上是油泵浸埋在油箱 的油液内，泵体长期处于高 温状态 ， 而造成油泵 叶片、 转子卡死折断 ， 致使该机无 法正常工作 。因此 ， 解决铆接机液压系统的发热问题 ， 是提高铆接机的可靠性和稳定性的关键。 1 主要结构及发热源分析 铆接机 的结构布置如图 l 所示 ， 主要 由液压站 、 管 收稿 日期 2 0 0 9 1 2 3 l 作者简介 刘宏献 1 9 6 6 一 ， 男 ， 河南省 安阳市人 ， 工程师 ， 主要从 事液压 机械的研究与开发。 参 考 文 献 【 1 】 成大先． 机械设计-T - [ M] ． 北京． 化学工业 出版社， 2 0 0 2 ． 【 2 】 卢光贤． 机床液压传动与控制[ M 】 ． 西安． 西北工业 大学 出版社， 1 9 84 ． 【 3 1 岑军 健等． 非标 准设备设 计手册 [ M 1 ． 北 京． 国防工 业 出版 社， 1 9 8 3 ． 路 、 悬吊装置 、 铆接钳组成。液压站通过管路和铆接钳 相连 ， 铆接钳悬挂在悬吊装置的下端 ， 可围绕 吊轴分别 在水平和垂直方 向作 3 6 0 。 旋转 ，并 随着吊梁上的滑车 前后移动， 方便铆接车架不同部位的铆钉。 图 1铆接 机 的结 构 布置 l 一 增 压集成 阀块2 一 高压软管3 一 悬吊装置4 一 铆接缸5 一 铆接头 该机液压系统为增压系统 ，系统流量为 3 9 L ／ mi n ， 油泵输 出压力为 6 ． 3 MP a ， 增压 比为 1 5 ， 工作频次为 1 5 次／ mi n ，压力控制 阀和方 向控制阀均为 1 0 mm通径 。 其工作 原理是油泵输 出压力油经增压 集成 阀块 1换 向、 增压后通过高压软管 2进入铆接缸 4 ， 推动铆接头 5向下铆接或返回。 铆接机铆接次数频繁 ， 工作时间长， 系统油温温升 比较高 ， 造成机器故障率高 ， 液压系统泄 f 4 】 雷天觉 ． 新 编液压 工程手册 [ M】 ． 北 京 北 京理工 大学 出版 社， 1 9 9 9 ． 【 5 】 杨文华． 液控原理[ M】 ． 北京 学术书刊出版社， 1 9 9 0 ． f 6 ] 陆元章 ． 现 代机械设 备设计 手册【 M 】 ． 北京 机械 工业 出版 社， 1 9 9 6 ． 3 3