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引起液压冲击的因素有哪些及如何排除办法


《液压维修》 / 2012-04-17


     引起液压冲击的因素有哪些?如何排除?


    在液压系统中P554072,液体流动方向的迅速改变或停止流动,如换向阀迅速换向、液压缸和液压马达迅速停止运动或改变运动速度,均使液体运动速度迅速改变。由于流动液体的惯性便引起液压系统的压力一瞬间急剧上升,形成一个油压峰值,这种现象称为液压冲击。


    在液压系统中产生液压冲击时,瞬时的压力峰值有时比正常压力要大好几倍。这样容易引起机床振动,影响工件的加工质量,同时会产生很大的噪声,严重影响周围的工作环境。此外,从液压系统中的静压力来看,虽然比破坏压力要小得多,但液压冲击的峰值有时已足以使密封装置、导管及其他液压元件损坏,并降低机床的使用寿命。


    另外,在液压系统产生液压冲击时,由于压力升高,可能使某些工作元件(如阀、压力继电器等)产生误动作,并可能因而造成设备损坏或其他重大事故。在高压、大流量的系统中,其后果更为严重。


    (1)液压冲击的基本原因分析
    如图2-5所示,在液压系统中经常会遇到如下情况:在管道的一端有较大的容腔,例如液压缸、蓄能器与管道连接。在管道的另一输出端装一阀门,因为容腔的液容较大,
可以认为容腔中的压力p是恒定的,当阀门开启时,管道中的液流以一定的速度v流经阀门排出。当阀门K突然关闭时,液流不能再排出,在这瞬时,紧靠阀门的液层受到压缩,这一部分液体动能转变为液体的压力能。这时由于管道其他部分的液体受惯性作用仍以速度v向右运动,因此管道中的液体从阀门处开始,依次向左逐层受压。设管道的长度为L,冲击压力波在管道中传播的速度为C(即液体介质中的声速),则在阀门突然关闭后,在tl -L/C时间内,冲击压力将传递到大容腔处。在这一瞬间,管道中的油液全部停止流动P552076,而且处于压缩状态。
    由于大容腔中的压力低于传递来的冲击压力,因此管道中的油液又向大容腔中倒流,并且以速度C依次向右使液体压力逐层降低,当t2一2L/C时,传递到阀门处,由于阀门是关闭的,油液因惯性继续倒流,使阀门处的油压又进一步降低,这低压又以声速C向左传递,如此继续循环往复。但由于往复流动的能量损失所致,将逐渐衰减至消失。这种在管道中发生的压力冲击,在液压液体力学中称为液压冲击。
    在机床液压系统中,高速运动工作部件的惯性力,也可引起系统中的压力冲击。例如在工作部件要换向或制动时,常在排油管路中,用一个控制阀关闭油路,这时油液不能再从液压缸中继续排出,但运动部件由于惯性作用仍在向前运动,在经过一段时间后,运动才能完全停止,这样也会引起液压缸和管道中的油压急剧升高而产生液压击。
    由于液压系统中某些元件反应动作不够灵敏,也可能造成液压冲击。例如当液压系统中压力升高时,溢流阀不能及时迅速打开而造成压力的超调,或限压式自动调节的变量液压泵,当油压升高时不能及时减少输油量而造成液压冲击等。


    (2)液流换向时产生的冲击
    如图2-6所示,当换向阀移到中间位置时压力油突然与液压缸切断,此时,由于运动部件及液流的惯性作用,使液压缸一端油腔中的油液受到压缩,压力突然升高,另一端油腔中压力下降,形成局部真空。同时,由于压力油流突然被切断也产生高压并形成冲击。所以液流突然换向时必然会产生液压冲击现象。改进换向阀阀芯进回油控制边的结构,可使液流运动状态改变,避免形成冲击。改进的方法是把换向阀阀芯控制边改成锥角或开轴向三角槽,锥角一般取1.5°~4°,锥长视密封边长度而定。三角槽结构
如图2-7所示。
    (3)节流缓冲装置失灵而引起的液压冲击图2-7换向阀阀芯控制边节流结构端,①内圆磨床工作台换向缓冲结构设置在工作缸的一如图2-8所示,当工作台移到端点时,液压缸活塞一端缓冲柱塞进入液压缸端盖圆柱孔内,使端盖圆柱孔内的油液经过节流槽回油箱,于是工作台逐渐制动。当缓冲柱塞外圆与液压缸端盖圆柱孔因磨损而配合间隙过大时,制动锥或制动三角缓冲槽将不起缓冲作用,便形成较大的液压冲击。
    排除方法:修复或配制缓冲柱塞,根据液压缸端盖圆柱孔实际尺寸,确定其配合间隙。一般是将缓冲柱塞磨圆后,镀一层硬铬,再磨到所需尺寸精度。
    ②在有些机床上(如组合机床)液压缸的缓冲装置,当活塞移动到行程终点时,活塞上的缓冲柱塞与液压缸端盖圆柱孔配合间隙较小,可在端盖开小孔,使缓冲柱塞端的油液经小孑L回油,在小孑L的通道上设置可调节的节流装置P526433,所示,用以控制活塞的制动速度。如果节流装置调整不当或堵塞,也将会产生液压冲击。
   
    ③在磨床操纵箱上,一般均有所示的节流缓冲装置,外圆磨床液压系统中的行程控制制动式换向回路就属于这一类。

    图2 -10行程控制制动
    这种类型的系统中,当换向阀两端的节流阀调整不当或单向阀密封不严时,都会产生工作台换向时的液压冲击现象。这种冲击的大小与工作台速度有关,一般工作台速度越高,换向时液压冲击也就越大。例如,平面磨床工作台的运动速度一般比较快,换向阀两端的节流缓冲装置一旦失灵,产生的液压冲击就很大。
    将换向阀两端的节流阀调节手轮顺时针方向旋进,适当增加缓冲阻尼,可以有效地排除液压冲击,倘若仍不起作用,可以判定是单向阀密封存在问题,应检查单向阀是否内泄漏,并根据情况进行排除。
    ④一般换向回路中,电磁换向阀动作快,容易产生换向液压冲击,如所示。有些系统有点液压冲击不影响设备使用性能,而有些系统就不然,如磨床或其他比较精密的液压设备,为了消除换向冲击,可以改用如图2-12所示机动一液动换向阀的换向回路,使换向有过渡过程,即缓冲过程,这样,冲击将会明显减小或根本消除。
    ⑤有些液压设备,如立式动力头、液压机等,液压缸两端没有缓冲装置,可在液压系统中设置背压阀或在设备上设置平衡锤,以消除液压冲击。否则,当动力头、液压机的活塞带动滑动横梁快速下降时,将产生较大的重力加速度,使液压缸内形成液压冲击。
    ⑥一般液压缸两端设有缓冲装置,使液压缸在全行程工作时能平滑停止,但当活塞在行程中途停止,或反向运动时,由于液压缸缓冲装置不起作用,液流的惯性也会引起剧烈的冲击。这种冲击作用将影响设备平稳运行。
    这种情况可以在液压缸进出油口处设置反应快、灵敏度高的小型溢流阀或顺序阀,以消除冲击。其原理如所示。此时压力阀的调定压力应比系统最高工作压力高5%~10%,以便保证系统正常工作。
    ⑦液压系统某些部位,由于种种原因而产生液压冲击,可采用皮囊波纹型蓄能器来消除,如图2-14所示。蓄能器应尽可能安装在容易发生冲击的地方,并且应垂直安装,使油口在下方,气体部分在上方,否则将影响蓄能器正常工作。

    图2 -13用溢流阀消除液压冲击    用蓄能器消除液压冲击
    ⑧较复杂的液压系统,由于管路多,拐弯也多,为了减小液压冲击,应尽量缩短管道长度,减少管路弯曲,在适当的部位接入软管,对减小冲击和振动都有良好的效果。
    ⑨压力阀调整不当或发生故障,油温过高,泄漏增加,节流阻尼作用减弱,系统中进入大量空气等原因,都易引起液压冲击。
    针对这些情况,应采取相应的措施。例如,压力阀有故障应排除,并合理调整其工作压力;油温较高,应找出产生温升的原因,并加以排除,如不能有效地排除温升故障的情况下,可更换黏度较高的油液P550519,以便保证节流缓冲装置的稳定工作。系统中有大量的气体时,应针对进气的原因予以解决,如检查管接头是否漏气,特别是泵的吸油系统容易进入空气。


    (4)高压大流量液压回路卸荷与换向引起的液压冲击
    高压大流量液压回路在卸荷或换向时会出现压力冲击,并引起严重振动,消除这类问题的基本做法如下。
    ①预先泄放回路中的压力  可通过适当方式泄放封闭在液压缸中的压力能,再操纵主液压系统,可消除压力冲击。
    以所示的液压回路为例。液压缸上腔油路中有一个二位二通电磁阀,用于泄放压力。当工作完成以后,主换向阀换向之前,借助时间继电器使泄压阀得电接通,约3~5s,当回路压力降为O或接近0时,再接通主换向阀,这时就不会产生压力冲击。注意泄压阀的配管必须足够小(6mm直径以内),否则会产生新的压力冲击。是用换向阀和节流阀构成的泄压回路,即电液换向阀1返回中位时,缸2上腔的压力通过节流阀3和单向阀4缓慢泄掉,故液压缸上行不需专门泄压。
    ②延长压力泄放时间液控单向阀普遍应用于大型压力机保压与泄压。液压系统在保压过程中,油的压缩、管道的膨胀和机器的弹性变形所储存的能量在泄压时会突然释放;液压缸在保压终了返回过程中,可能上腔压力未泄完下腔压力已升高,使液控单向阀的卸荷阀和主阀芯同时顶开,从而引起液压缸上腔突然放油;二者合一,更加剧了液压系统的冲击振动与喋声。
    在液控单向阀的液控油路上设置一个单向节流阀,使液控口的通过流量得以控制,由此降低控制活塞的运动速度,达到延长泄压时间,可消除压力冲击。
液控单向阀用于  压力机保压与泄压
设置单向节流阀  延长泄压时间
   防止泵卸荷时液压冲击的回路。溢流阀1的出口设有防冲击阀2,防止卸荷时2主冲击。防冲击阀2是由减压阀a和节流阀b构成的,电磁换向阀3出口接通油箱时,控制出口排出一定流量,使溢流阀缓慢打开泄压,避免了压力急剧下降引起的冲击。
    对于比例溢流阀,可通过调节放大电路板上相应的电位器改变泄压时间。


    总之,在排除液压系统的液压冲击故障时候,可以按下列原则进行。
    ①如系统允许延长速度变化的时间,则应延长时间来减小液压冲击。例如在液压系统中,换向阀阀芯移动时,可以在换向阀一端排油通道加节流装置,以减慢换向阀芯的移动速度,从而增大速度变化的时间。
    ②缩短冲击波传播的距离,如可能在产生冲击的地方附近设置蓄能器。
    ③增大管径和采用弹性系数较小的管材,如采用橡胶软管。
    ④在液压缸的人口及出口处设置灵敏的小型溢流阀P563305,可以限制活塞在行程中停止或换向时所出现的冲击压力。
    ⑤为了减小液压冲击,还可在液压元件本身结构上采取一些措施,如在液压缸管路中设置单向节流阀和在换向阀阀芯封油台肩处,开节流三角槽或锥角等。

 

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