管路液力冲击的解析研究

　　在液压系统中，液压管路中阀门的骤然开闭将引起流体流动停止或迅速改变方向，管道内强烈的液力冲击将影响执行机构工艺性能，同时还会引起振动和噪声，导致联接件松动和漏油，甚至造成损坏元件及仪表等事故。

　　目前，国内在该领域的研究一般集中在分析产生冲击的时间等因素上，缺少对实际冲击压力突变值及实际作用力大小的计算分析。本文在分析液力冲击产生机理的基础上，结合某液压回路的实际工况，计算当阀门骤然关闭时，管路中产生的冲击突变值和滑阀阀芯受到液动力冲击实际值。

　　1 冲击产生机理的分析

　　当换向阀突然开闭或换向或液压突然变速或变向时，均会使流体运动速度迅速改变，产生能量转移，油压骤变，形成一个油压峰值，进而产生压力冲击。同时，在换向阀的动作过程中，液体流经阀腔时，其流速的大小和方向均发生改变，对阀芯产生由液动力引起的冲击。

　　1.1 管路冲击产生的压力突变

　　当阀门骤然关闭时，管路中液体流动方向迅速改变或停止流动，靠近阀门的液体速度瞬间降为零，根据能量守恒定律，液体的瞬时动能全部转换为压力能，管路后边的压力能以压力波的形式连续向前传递，越往前压力能就大，直到靠近阀门最近处的液体压力能达到最大，该瞬间管道中的液体全部停止流动，处于压缩状态;随后，管道内液体在压差的作用下，从管道前边 (靠近阀门处) 反射到后边，此时管道前边的液体压力迅速下降，管道后边的液体压力逐层上升，再经过一定时间，管道后边的压力又会逐层向前传播，如此继续循环往复，但随着往复流动的能量损失，这部分压力能将逐渐衰减直至消失。因此当管道中的阀门骤然关闭时，管道内就会产生压力交变上升的冲击现象。阀门开闭时引起的管路冲击有两种形式^[1]，分别为直接冲击和间接冲击。当阀门的开闭是在瞬时骤然动作时，产生的冲击为直接冲击，即开关时间，此时的冲击为：

　　当阀门的开闭不是在瞬时骤然动作时，产生的冲击为间接冲击，即开关时间。此时：

式中t—阀门开闭时间(s);

　　L—管路长度(m);

　　c—冲击波在管路中传输速度 (m/s);

　　p₀—系统压力 (MPa);

　　ρ—液体密度 (kg/m³);

　　a—压力波在液体中的传输速度(m/s);

　　v—管路中液体流速(m/s)。

　　从式 (1)、 (2) 中可以看出，当液压系统的压力和使用介质选定后，ρ、K、E 等参数是恒定的，影响压力升高的主要因素有阀门关闭时间t、管径D、壁厚δ 及管路长度L 等参数。