液压系统冲击的分析与控制

　　0 前言

　　在液压系统中,由于某种原因,液体压力在一瞬间会突然升高,产生很高的压力峰值,这种现象称为液压冲击。液压冲击的压力峰值往往比正常工作压力高1~4 倍,且常伴有巨大的振动和噪声,使液压系统产生温升,有时会使一些液压元件或管件损坏,并使某些液压元件产生误动作,导致设备损坏。因此,搞清楚液压冲击 的本质,估算它的压力峰值并研究控制措施,是十分必要的。

　　1 液压冲击产生的原因及危害

　　1.1 液压冲击产生的原因

　　(1)高速流动的液体突然停止流动而产生液压冲击; (2)高速运动的部件突然制动,由于部件惯性力而产生液压冲击; (3)换向阀等的制动锥斜角太大,致使换向时的液流速度变化剧烈,而产生液压冲击; (4)油液中混有空气或水,气穴或气蚀造成液压冲击; (5)液压缸两端没有缓冲装置,或缓冲装置失灵,换向前后速度变化过于突然,引起液压冲击; (6)液压系统设计不够完善,系统工作过程中速度转换,压力转换时产生液压冲击。

　　1.2 液压冲击的危害

　　(1)引起设备强烈振动,影响工作过程的顺利进行,降低设备的工作质量,甚至造成工具、模具、设备零部件的损坏; (2)瞬时的压力突变会使顺序阀、继电器等产生误动作,破坏正常的工作循环,引起系统中密封装置、管道、元件的损坏,以及系统油温的急速上升; (3)产生噪声和振动,污染环境,恶化工作条件等。

　　2 液压冲击的分析

　　如图1所示,有一较大的容腔(如液压缸或蓄能器)和另一端装有阀门的管道相连,容腔的体积较大,认为其中的压力p是恒定的。阀门开启时,管道内的液体以流 速v流过,当不考虑管中的压力损失时,压力均等于p;当阀门瞬间关闭时,管道中便产生液压冲击($p)。其过程如表1所述,液压冲击的实质主要是管道中的 液体因突然停止运动而导致动能向压力能的瞬间转变,其产生的主要元器件是液压缸和换向阀。

　　3 液压冲击的计算

　　由于液压冲击流是一种非恒定流动,动态过程非常复杂,影响因素很多,故精确计算$p值是很困难的。下面介绍两种情况下$p的近似计算公式。

　　3.1 流体突然停止运动时所产生的液压冲击

　　3.1.1 流体突然停止运动而产生的冲击波传播速度的计算

　　如图1所示,当阀门瞬间关闭时,管道流体突然停止而产生冲击波,这个冲击波在管道内传播速度的大小直接影响到冲击力的大小。

　　设在压力p作用下,长度为l,断面面积为A的管道内液体体积为V, V=Al。当产生液压冲击时,管道内的液体被压缩的体积为$V1,管道受压而膨胀体积为ΔV2,管道总的体积变化量为$V,则