解决液压冲击和负载冲击危害的方法

Hydraulics Pneumatics & Seals/No.5.2010 �� �� ��� �� ��� HV 266 592 973 解决液压冲击和负载冲击危害的方法 王 林 1 王东升 2 来安社 2 （1.中航工业西安飞机设计研究所，陕西西安 710089； 2.中国飞行试验研究院，陕西西安 710089） 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。 关键词：液压冲击;液压系统;负载冲击 中图分类号：TH137.7 文献标识码：A 文章编号：1008-0813(2010)05-0031-03 Resolve the Measure of Hydraulic Impact and Surge Load Harm WANG Lin1 WANG Dong-sheng2 LAI An-she2 （1 Xi’an Aircraft Institute of China Aviation Industry Corporation, Xi’an 710089 China; 2 Chinese Flight Test Establishmet，Xi’an 710089 China） Abstract： Hydraulic impact and mechanical surge load are the familiar phenomenon of hydraulic system. The surge impact will bring sharp shake and yawp，which are harm to hydraulic system airproof，machine movement，component work and working environment. A project example is introduced in the paragraph，and analyzing the Hydraulic Impact and Surge Load come into being reason. Ultimately there are ten measures that can reduce impact and avoid harm in the paper. Key Words： hydraulic impact； hydraulic system； surge load 0 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，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 2DT、3DT 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 2DT、3DT 断电。 此过程 仅靠油泵供油，流量仅为 84L/min，活塞杆伸出过程最 大供油压力为 3MPa，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 1DT、4DT、5DT 带电，系统由 蓄能器和油泵同时供油， 供油流量接近 2000L/min，供 油压力高达 22MPa，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 4200L/min， 回油最高流速为 12.5m/s， 负载及转轴回转平均角加速 度为 78.5/s2。 油缸活塞平动平均加速度为 33.2m/s2，活 塞最大运动速度为 6.6m/s， 油缸缓冲行程仅 60mm，液 流环境和机械运动环境均不利于系统的平稳运行。 由 收稿日期：2009-10-08 作者简介：王林（1962-），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。 31 液压气动与密封/2010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 Δp见式（1）。 Δp=（Σli ρ AAi + m A ） Δv t （1） 式中 li———第 i段管道的长度，单位为 m； ρ———流体密度，单位为 kg/m3； A———液压缸活塞面积，单位为 m2； Ai———第 i段管道的截面积，单位为 m2； m———活塞及连动部件的质量，单位为 kg； Δv———活塞速度变化量，单位为 m/s； t———活塞速度变化 Δv所需的时间，单位为 s； Δp 的急剧变化是引起振动和冲击的主要原因，系 统确定后，Δp 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。 （2）在液压缸底部设置缓冲装置。 油缸活塞运动速 度在 0.2m/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 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 JB/ZQ4008-1997。 （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 JB/ZQ4187-97。 航空工业 常用的 74°锥密封适用于工作压力至 21MPa，公称内径 小于 20mm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。 （10）制定严密的检修和操作程序，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 Δv 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。 32 Hydraulics Pneumatics & Seals/No.5.2010 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 参 考 文 献 [1] 成大先.机械设计手册[M].北京.化学工业出版社,2002. [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, 1984. [3] 岑军健等 .非设备设计手册 [M].北京 .国防工业出版社 , 1983. [4] 雷天觉 .新编液压工程手册 [M].北京 :北京理工大学出版社 , 1999. [5] 杨文华.液控原理[M].北京:学术书刊出版社,1990. [6] 陆元章 .现代机械设备设计手册 [M].北京 :机械工业出版社 , 1996. . 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 455000） 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：TH137.7 文献标识码：A 文章编号：1008-0813(2010)05-0033-03 Analysis of Riveting Machine’s Hydraulics System Heating LIU Hong-xian (Anyang Forging-Press Machinery Industry CO.,LTD, Anyang Henan 455000) Abstract: This text analysisesthe glow problem of the hydraulic riveting machine’s hydraulic system，the causes of hydraulic system glow are local resistance loss of hydraulic components and reactive overflow，the along resistance loss and the local resistance loss in the pipe- line are also the major factor of hydraulic system glow.the system glow can be reduced by increasing the drift diameter of pipe-line， designing integrated valve block reasonably and enhancing the abstraction of heat capacity of oil tank. Key Words: Hydraulics system; drift diameter; heating 0 引言 T92Y—31.5 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 φ12的铆钉 12- 15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（60℃）， 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 1 所示，主要由液压站、管 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 360°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 1-增压集成阀块 2-高压软管 3-悬吊装置 4-铆接缸 5-铆接头 该机液压系统为增压系统， 系统流量为 39L/min， 油泵输出压力为 6.3MPa，增压比为 1:5，工作频次为 15 次/min， 压力控制阀和方向控制阀均为 φ10mm 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 收稿日期：20091231 作者简介：刘宏献（1966-），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。 33