液压系统中液压冲击的分析及其防止和减轻措施.pdf

第 4 3卷第 2期 2 0 1 4年 4月 有色金属加工 NONFERROUS ME TAL S PROCESSI NG Vo 1 ． 4 3 NO ． 2 Ap r i l 2 0 1 4 液压系统中液压冲击的分析及其防止和减轻措施 孔德英 中色科技股份有限公司， 河南 洛阳 4 7 1 0 3 9 摘要 文章结合液压系统设计和生产实践， 对液压系统中的液压冲击进行了全面的分析， 阐述了一些防止和减轻液压 冲击的措施。 关键词 液压系统 ； 液压冲击； 危害； 防止和减轻措施 中图分类号 T G 3 3 3 ． 2 文献标 识码 A 文章编 号 1 6 7 1 6 7 9 5 2 0 1 4 0 2 0 0 4 8 0 4 液压系统工作 中， 由于某种原 因引起 的管道内液 体速度发生急剧改变 ， 液体 的动能变成 压力能 ， 系统 的一些区域产生了高压， 高压区以压力波的形式在管 道内传播 ， 这种现象称为液压冲击。 液压冲击的危害很大， 尤其在高压、 高速及大流 量的液压系统中其危害更严重。一般来说液压冲击 产生的压力峰值 ， 最高可达正常工作压力的 3 4倍 ， 轻则可使仪表测量精度下 降， 重则可使液压元件 、 密 封装置和仪表发生故障甚至损坏或管路破裂 。液压 系统的可靠性和稳定性也会受到影响 ， 如压力继 电器 会 因液压冲击发出错误信号 ， 影响系统正常工作。液 压系统受到液 压冲击 时 ， 常伴 随巨大 的噪音 和振动 ， 还可能引起系统连接件 的松动漏油 ， 压力 阀的调定压 力发生改变， 甚至使液压元件内部结构损坏。 1 液压系统中液压冲击的分析 1 ． 1 产生液压冲击的主要原 因 1 骤然关闭或打开液 流通道。如液压系统在 突然启动 、 停车 、 变速或换 向时 ， 阀口突然关闭或机构 动作突然停止产生液压 冲击 ， 实质是管路 中流体 因突 然停止流动而导致其动能 向压力能的瞬间转变。 2 高速运动 的执行 元件突然被 制动。高 速运 动执行元件的惯性力引起的液压冲击 ， 例如油缸要换 向时 ， 换向阀突然关闭油缸原来 的回油管路 ， 油液不 再排出， 但活塞 由于惯性 作用仍在运动 ， 从 而引起压 力急剧上升产生液压冲击 。 3 液压元件反应动作不灵敏。如恒压变量泵 ， 当液压系统压力 升高时不能及 时减小 排量而造成液 压 冲击 ； 系统压力突然升高 ， 溢 流阀不能迅速开启而 造成压力超调等。 1 ． 2 液压冲击的计算 液压冲击是一种动态过程 ， 影响液压冲击的因素 很多 ， 很难准确计算 ， 故一般采用估算。 1 迅速启闭液流通道引起 的液压冲击 直接冲击 即 t T 时 ， 管道 内压力 的增大值△ 尸 0 p A v ； 式中， P 为液体密度； Av为启闭液流通道前 、 后管道 内液流速度 变化值 ， t 为启闭液流通道的时间； 0为冲击波在管道 内的传播 速度 ； ￡为 管道 长度 ； T 为 冲击波 往复 所需 时间。 若忽略粘性及管径变化的影 响， 冲击波在管道 内 的传播速度为 。 √ 式中， 脚 为液体体积弹性模量 ； 6 、 d为管道 的壁 厚和内径 ； E为管道材料 的弹性模 量。由此看 出， 为 了避免或减少 因迅速启闭液流通道所 引起 的液压 冲 击 ， 可考虑延长启闭液流通道 的时间 t ， 如用先 导阀减 缓换 向阀换向速度 ； 缩短冲击波往复所需时间 ， 如缩 短管道长度 ； 降低 冲击波在管道 内的传播速度 n ， 如采 用较大的管道内径 d等。 2 液压缸所驱动的运动部件被制动时 ， 产生 的 液压冲击压力 收稿 日期 2 0 1 31 0 2 8 作者简介 孔德英 1 9 8 1一 ， 女， 工程师， 主要从事有色金属设备液压方面的工作。 第 2期 有色金属加工 4 9 P _ 式 中， m为被制动部件的质量 ； △ 为运动部件速 度的变化量 ； A为液压缸有效作用面积 ； At 为运动部 件制动或速度减慢 △v所需时间。由此看 出， 为 了减 小运动部件制动时产生 的液压冲击 ， 应延长制动时所 需的时间 At ， 或减小运动部件速度的变化量 Av ， 如在 液压缸行程终点采用减速 、 节流等缓冲装置。 2 防止 和减 轻液压 冲击的措施 液压 冲击 的瞬态过程相 当复杂 ， 因此分析 、 计 算 和防止液压 冲击是很重要 的。有特殊要求时 ， 可按上 述情况进行计算。在一般液压系统设计时， 可采取有 效防止措施而不做计算 。这里主要从液压系统设计 、 装配和使用角度 ， 介绍防止和减轻液压冲击的措施 。 2 ． 1 典型液压回路设计 1 液压系统保压时 ， 由于液压缸 和管路 的弹性 变形 以及油液压缩贮存 了一部分 弹性性能 ， 回程时如 果释放过快 ， 将引起系统剧烈 的冲击、 振动和噪声 ， 甚 至导致管路和阀门破裂 ， 故保 压后须缓慢卸 压。图 1 是 Y型机能带液控阻尼调整器 的电液换 向阀的液压 回路 ， 用于热轧机的导尺控 制中。当液压缸保压完毕 要求反 向回程时 ， 液控 阻尼调整器为主级 阀控制腔中 的油液提供一个出口节流控制， 使主级阀芯的速度得 到控制 ， 延缓 了换 向阀的换 向时 间， 从 而减轻液压 冲 击。为了获得最佳的效果 ， 推荐使用恒定 的低控制压 力 ， 适用于压力不太高， 油液压缩量较小的液压系统 。 图 1 Fi g ．1 2 图 2是外控式平衡阀组成 的平衡 回路 ， 此种 回路应用于大卷重 上卸卷小车升 降缸的控制 中。为 控制活塞因 自重快速下降而造成的阀的时开时闭， 在 回油路上串人单向节流阀， 以防止活塞向下运动过程 中产生的振动和液压 冲击 。 P l 图 2 Fi g ． 2 3 液压执行元件驱 动质量和速度较大 的工作 部件时 ， 当其在运动状态下 突然停 止或换 向， 由于工 作部件具有较大的动能 ， 液压 回路 中会产生很大的液 压冲击和振动影响工作部件 的定位精度 ， 妨碍机器正 常工作。图 3中马达两侧 油路上设置一个反应 灵敏 的溢流阀进行双 向缓 冲。 由于溢流 阀只需溢流很 小 一 部分油液即可减小液压 冲击 ， 故只需采用小型溢流 阀， 为使液压系统能正常工作 ， 溢流 阀调节压力要 比 正常工作时最高压力高 1 0 ％。此回路在冷轧机的上 、 卸卷小车行走油马达控制中比较常见 。 P T 图 3 Fi g ． 3 5 0 有 色金 属 j u - r 第 4 3卷 2 ． 2 增加各类辅助液压元件防止产生液压冲击 1 在液压系统中产生液压 冲击 的部位 装设蓄 能器是减轻液压 冲击 的有效措施之一。当压力升高 时， 蓄能器可以吸收液 体 ， 这就减慢 了管路 中液体动 量变化的速度 ， 从而减轻液压冲击 ； 2 变量泵液压系统使用安全阀； 3 对液压缸到达行程终点 因惯 性引起 的液压 冲击 ， 可在液压缸端部设缓 冲装置或采用行程节流阀 回路 ； 4 对负载 突然发生 变化 如 工作负 载突然 消 失 时产生的液压冲击 ， 可在 回路上加背压阀； 5 若为冲击性载荷 ， 可在执行元件 的进 出口处 设置动作灵敏 的超载安全阀； 6 减少非必要 弯曲或采用有卸除 冲击力作用 的橡胶软管等方式 ， 来减小 液体流速 的变化 ， 以帮助 换向阀关 闭 时减 少 瞬 时 压力 ， 来 防 止 液 压 冲击 的 出现 ； 7 系统选择电磁换向阀时 ， 选用直流电磁铁 的 比交流 电磁铁 的要好 ， 可缓 冲液压 冲击 ， 因交流 电磁 铁在行程 开始时起 动 电流值 高 ， 而在末 端保持 低 电 流 ， 而直流电磁铁在通电时恒定电流值低 ； 8 比例 电磁 阀可用在很 多不同的场合改变压 力 、 流量或者既改变流量又改变方 向。它们可 以用来 减轻 由快速压力变化或沉 重物体快速起动或停止 引 起 的冲击 。 2 ． 3 叠加 阀液压系统装配中注意叠加顺序 防止产生 液压冲击 1 液控单 向阀与单 向节流 阀组合 时须 注意的 叠加 顺序 图4中， 液控单 向阀与单 向节 流阀组合使 用时 ， 应使单向节流阀靠近液压缸。反之 ， 如果按 图 5所示 配置， 当 B口进油 、 A口回油时， 由于单 向节流阀的节 流作用 ， 在回油路 的 a b段会产生压力 ， 当液压缸需要 停止时， 液控单 向阀不能及 时关闭 ， 有时还会反复关 、 开 ， 使液压缸产生液压冲击。 2 减压 阀和单 向节流 阀组合 时须注意 的叠加 顺序 图 4中， 减 压阀和单 向节流阀组合使用 时 ， 应使 单 向节流 阀靠近 液压 缸。反 之 ， 如果按 图 5所示 配 置 ， 当 A 口进油 、 B口回油时， 由于单 向节流 阀的节流 作用 ， 使液压缸 B腔与单向节流阀之 问这段油路 的压 力升高 ， 这个压力可能使减压 阀开 口度减小 ， 出 口压 力变小 ， 造成供给液压缸 的压力不足 ； 当液压 缸的运 动趋于停止时， 液压缸 B腔压力 又会 降下来 ， 减压 阀 开 口度增大， 出 口压力 又增加。这样压力 反复减小 、 增加 的变化会使液压缸运动不稳定 ， 使液压缸产生液 压冲击和振动。 P T 图 4 Fi g． 4 图 5 F i g ． 5 2 ． 4 使用液压 系统时为防止液压冲击应注意的事项 空载起 动液压泵； 排除液压 系统 中的空气 ； 排除 溢流阀故障 ； 适 当提高背 压阀调定压力 ； 通 过 电气控 制方式如启动电磁 阀时先输 出阀控制信号 ， 后输 出压 力 、 流量控制信号 ， 关闭阀时先清零压力 、 流量控制信 号 ， 后关闭阀控制信号 ， 这样就可 以保证开 、 关阀时系 第 2期 有 色金属加 工 5 1 3 结束语 ⋯ 成 大 先 ． 机 械 设 计 手 [ M E 京 化 学 工 业 出 版 本文对液压系统产生液压冲击的主要原因进行 { 土 ，2 o 0 2 ． 了 阐述了 击 措施 。2 ’ 1 9 9 件 7 及 此提供一些思路供大家参考 ， 针对具体 的液压 回路 和 v I c K E R s ．1 9 9 5 ． 工况可对液压元件结构进行改进 ， 也可在液压 回路 中 An a l y s i s o f Hy dr a u l i c I mp a c t i n Hy d r a u l i c Sy s t e m a n d COr r e s p On di n g Me t h o dol og y on Pr e v e n t i n g a n d Re d u c i n g KONG De y i n g C h i n a N o n f e r r o u s M e t a l s P r o c e s s i n g T e c h n o l o g y C o ． ， L t d ． ，L u o y a n g 4 7 1 0 3 9， C h i n a Ab s t r a c t Th e p a p e r i n v e s t i g a t e d h y d r a u l ic i mp a c t i n h y d r a u li c s y s t e m i n a l l r e s p e c t s，c o mbin i n g wit h h y d r a u l ic s y s t e m d e s i g n a n d p r a c t i c a l p r o d u c t io n；i t il l u s t r a t e d t h e me t h o d olo g y on p r e v en t i n g a n d r e d u c i n g t h e i mp a c t ． Ke y wo r d sh y d r a u l i c s y s t e m ；h y d r a u l ic i mp a c t ；h ar m ；me t h o d o l o g y o n p r e v e n t i n g a n d r e d u c i n g 上接 第 4页 这样的状态与我汽车工业的迅猛发展相 比是极 不相称的。早 日实现国内铝合金车身板的规模化生 产， 既是我国保护环境、 节能降耗政策的必然要求， 也 符合企业 自身发展的利益诉求。目前国内铝加工发 展迅速， 已建成的大型铝加工企业大都具备熔铸、 热 轧 、 冷轧这些汽车板生产 的基本平 台， 欠缺 的是精整 热处理设备。配备汽车板生产专 用精整热处理设备 的只有正在建设 的南 山轻合金有 限公司二期工程 和 广西南 南铝加工有 限公司。中铝 西南 铝原有 2条连 续热处理生产线 ， 具备 了生产汽车铝合金车身板 的条 件。希望国内铝加工厂和专业技术人员抓住机遇 ， 积 极与各汽车制造商密切合作， 努力攻关， 在工艺技术 上实现突破， 早 日使国内铝合金车身板实现规模化 生产。 参考文献 『 1] An dr e w Ha l l＆ Ge o ff Sc aman s ．AI u min um f o r Au t o Bo d y She e t [ J ] ． L ig h t Me t a l Ag e， 2 0 1 1 ， D e c e mb e r 6 ． [ 2 ] N o v e l is L a u n c h e s A g g r e s s i v e P la n t o R e d u c e L if e c y c l e I mp a c t o f A l u m i n u m， 诺威利斯 N o v e l is 新闻稿， 2 0 1 1 0 5 0 9 ． [ 3] 肯联铝业 Co n s t e ll i u m 关 于铝制汽车板 的观点 为公布 的内部交 流意见 Al umi nu m Al l o y ABSAn Ov e r vi e w o f Pr o du c t i on i n Eur op e ＆An a l y s i s a n d Pr os p e c t o f Dome s t i c Ma r k e t LI U Ho ng - bo D a n i e l i Me t a l l u r g i c a l E q u i p me n t B e i j i n g C o ． ， L t d ． ，B e i j i n g 1 0 0 0 2 5 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e p a p e r d e s c r i b e d d e v e l o p me n t h is t o r y a n d p r o d u c t i o n p r o c e s s o f a lu min u m a l lo y A B S a u t o b o d y s h e e t i n E u r o p e ，it p r e s e n t e d ma j o r E u r o p e a n ma n u f a c t u r e r s o f A B S；it a n a ly z e d d o me s t i c ma r k e t d e ma n d f o r AB S c o mb i n in g wit h t h e d e v elo p me n t o f d o me s t i c au t o ma t i v e i n d u s t ry ，a n d it d i s c u s s e d t h e p r o s p e c t o f p r o du c t i o n o f d o me s t i c AB S． Ke y wor d sa u t o mo t iv e；alu mi n u m a ll o y a u t o b o d y s h e e t c o n t i n u ou s h e a t t r e a t me n t