淺談液壓沖擊及其防治措施

襄陽汽車職業(yè)技術(shù)學(xué)院 胡云林

淺談液壓沖擊及其防治措施

襄陽汽車職業(yè)技術(shù)學(xué)院 胡云林

1 液壓沖擊現(xiàn)象分析

在液壓系統(tǒng)中，當(dāng)快速地?fù)Q向或關(guān)閉液壓回路時(shí)，會使液流速度急速地改變（變向或停止）。由于流動液體的慣性或運(yùn)動部件的慣性，會使系統(tǒng)內(nèi)的壓力發(fā)生突然升高或降低，這種現(xiàn)象稱為液壓沖擊（又稱為水錘現(xiàn)象）。

首先討論一下水錘現(xiàn)象的發(fā)展過程。如圖1所示，為某液壓傳動油路的一部分。管路A的入口端裝有蓄能器，出口端裝有快速電磁換向閥。當(dāng)換向閥打開時(shí)，管中液體的流速為vo，壓力為po，現(xiàn)在來研究當(dāng)閥門突然關(guān)閉時(shí)，閥門前及管中壓力變化的規(guī)律。

圖1 液壓沖擊的液壓傳動油路分析

當(dāng)閥門突然關(guān)閉時(shí)，如果認(rèn)為液體是不可壓縮的，則管中整個(gè)液體將如同剛體一樣同時(shí)靜止下來。但實(shí)驗(yàn)證明并非如此，事實(shí)上只有緊鄰著閥門的一層厚度為△l的液體于△t時(shí)間內(nèi)首先停止流動。之后，液體被壓縮，壓力增高△p，同時(shí)管壁亦發(fā)生膨脹。在下一個(gè)無限小時(shí)間△t段后，緊鄰著的第二層液體層又停止下來，其厚度亦為△l，也受壓縮，同時(shí)這段管子也發(fā)生了膨脹。依此類推，第三層、第四層液體逐層停止下來，并產(chǎn)生增壓。這樣就形成了一個(gè)高壓區(qū)和低壓區(qū)分界面（稱為增壓波面），它以速度c從閥門處開始向蓄能器方向傳播。

在閥門關(guān)閉tl＝l／c時(shí)刻后，如圖2所示，水錘壓力波面到達(dá)管路入口處。這時(shí)，在管長l中全部液體都已依次停止流動，而且液體處在壓縮狀態(tài)下。這時(shí)來自管內(nèi)方面的壓力較高，而在蓄能器內(nèi)的壓力較低。顯然這種狀態(tài)是不能平衡的，可見管中緊鄰入口處第一層的液體將會以速度vo沖向蓄能器中。與此同時(shí)，第一層液體層結(jié)束了受壓狀態(tài)，水錘壓力△p消失，恢復(fù)到正常情況下的壓力，管壁也恢復(fù)了原狀。這樣，管中的液體高壓區(qū)和低壓區(qū)的分界面即減壓波面，將以速度c自蓄能器向閥門方向傳播。

在閥門關(guān)閉t2＝2l／c時(shí)刻后，全管長l內(nèi)的液體壓力和體積都已恢復(fù)了原狀。這時(shí)要特別注意，在t2＝2l／c時(shí)刻末，緊鄰閥門的液體由于慣性作用，仍然企圖以速度v0向蓄能器方向繼續(xù)流動。這樣就使得緊鄰閥門的第一層液體開始受到“拉松”，因而使壓力突然下降△p。同樣第二層、第三層依次放松，就形成了減壓波面，但仍以速度c向蓄能器方向傳去。當(dāng)閥門關(guān)閉t3＝3l／c時(shí)刻后，減壓波面到達(dá)水管入口處，全管長的液體處于低壓而且是靜止?fàn)顟B(tài)。這時(shí)蓄能器中的壓力高于管中壓力，當(dāng)然不能保持平衡。在這一壓力差的作用下，液體必然由蓄能器流向管路，使緊鄰管路入口的第一層液體層首先恢復(fù)到原來正常情況下的速度和壓力。這種情況依次一層一層地以速度c由蓄能器向閥門方向傳播，直到經(jīng)過t4＝4l／c時(shí)傳到閥門處。這時(shí)管路內(nèi)的液體完全恢復(fù)到原來的正常情況，液流仍以速度vo由蓄能器流向閥門。這種情況和閥門未關(guān)閉之前完全相同。因?yàn)楝F(xiàn)在閥門仍在關(guān)閉狀態(tài)，故此后將重復(fù)上述4個(gè)過程。如此周而復(fù)始地傳播下去，如果不是由于液體阻力和管壁變形消耗了一部分能量，這種情況將會永遠(yuǎn)繼續(xù)下去。

圖2 在理想情況下沖擊壓力的變化規(guī)律

實(shí)際上，由于液壓阻力及管壁變形需要消耗一定的能量，因此它是一個(gè)逐漸衰減的復(fù)雜曲線。

2 液壓沖擊的危害及防治措施

液壓沖擊的危害是很大的。液壓系統(tǒng)中的很多元部件如管道、儀表等會因受到過高的液壓沖擊力而遭到破壞。液壓系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性也會受到液壓沖擊的影響，如壓力繼電器會因液壓沖擊而發(fā)出錯誤信號，干擾液壓系統(tǒng)的正常工作。液壓系統(tǒng)在受到液壓沖擊時(shí)，還會產(chǎn)生振動和噪聲。因此在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮這些因素，應(yīng)當(dāng)盡量減少液壓沖擊的影響。為此，一般采用如下措施：

緩慢關(guān)閉閥門，削減沖擊波的強(qiáng)度。

在閥門前設(shè)置蓄能器，以減少沖擊波的傳播距離。

將管中流速限制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，或采用橡膠軟管，也可以減小液壓沖擊。

在系統(tǒng)中安裝安全閥，可起卸載作用。

2013－11－09）