基于油壓機(jī)回油沖擊產(chǎn)生的原因分析及解決措施的思考

丁振義 陸毅

摘 要：油壓機(jī)是一種較為普遍、常見(jiàn)的液壓傳動(dòng)控制設(shè)備，是一種以液壓油為工作介質(zhì)的油壓控制機(jī)器，通過(guò)液壓泵將液壓油壓縮進(jìn)入油缸中，在密封環(huán)境下，控制液壓油單向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生生產(chǎn)力的一種機(jī)械。作為動(dòng)力核心部件，其穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)影響極大，而回油沖擊則是影響其運(yùn)行穩(wěn)定性的關(guān)鍵問(wèn)題。本文主要探索了回油沖擊產(chǎn)生的原因，并提出了有針對(duì)性的解決措施。

關(guān)鍵詞：油壓機(jī)；回油沖擊；原因；措施

油壓機(jī)是較具代表性的液壓設(shè)備。它有許多不同的種類，具體的用途也各不相同。然而，不同的油壓機(jī)在使用過(guò)程中，當(dāng)液壓缸處于回程階段時(shí)，機(jī)械系統(tǒng)內(nèi)部的液壓沖擊會(huì)迅速變大，導(dǎo)致設(shè)備大幅度震動(dòng)，嚴(yán)重情況下引發(fā)油壓機(jī)故障，影響機(jī)械的正常運(yùn)作。以下主要以回油沖擊作為故障典型分析，探討了油壓機(jī)回油沖擊產(chǎn)生的原因及其解決措施。

1.油壓機(jī)產(chǎn)生回油沖擊的主要原因

通常而言，油壓機(jī)是由主機(jī)及動(dòng)力控制機(jī)構(gòu)組成的。其主機(jī)部分主要是由油壓機(jī)機(jī)身、主缸、充液裝置等構(gòu)成，動(dòng)力控制機(jī)構(gòu)則是由泵、油箱、低壓控制系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)及其他閥門(mén)件等部分組成。動(dòng)力控制機(jī)構(gòu)主要是在主機(jī)內(nèi)部電氣裝置的控制基礎(chǔ)上，通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)部的高壓泵、油缸、液壓閥門(mén)控制來(lái)完成各部分之間的能量調(diào)配與控制，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)工藝的配合循環(huán)。在液壓系統(tǒng)運(yùn)行期間，當(dāng)系統(tǒng)處于回程時(shí)期，以圖1為例，系統(tǒng)中電磁鐵3DT迅速通電，系統(tǒng)電液轉(zhuǎn)換閥9便會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)向變化，此時(shí)系統(tǒng)內(nèi)部的壓力油便會(huì)通過(guò)閥門(mén)進(jìn)入具有雙向活塞桿的有杠腔內(nèi)，與此同時(shí)，迅速打開(kāi)液壓控制的單向閥門(mén)10，使液壓無(wú)桿腔中的油液回到油箱內(nèi)。由于液壓缸內(nèi)的無(wú)桿腔內(nèi)的油液在之前的工作狀態(tài)下，處于高壓狀態(tài)（通常約為30MPa），在如此高的壓力下被突然釋放，必然會(huì)產(chǎn)生液壓沖擊，導(dǎo)致油壓機(jī)運(yùn)行故障。若通過(guò)科學(xué)計(jì)算，將油壓機(jī)液壓沖擊的速度及其最大升高壓力計(jì)算出來(lái)便可為后期制定解決措施提供指導(dǎo)。

如圖1為某油壓機(jī)系統(tǒng)工作原理圖，設(shè)定某油壓機(jī)第九閥門(mén)的換向時(shí)間為60ms，該油壓機(jī)的液壓缸內(nèi)徑為D=160mm，其液壓缸活塞行程為L(zhǎng)=2000mm，油壓機(jī)油管內(nèi)徑為d=50mm，具體長(zhǎng)度為l=3m。若系統(tǒng)運(yùn)行壓力為P，設(shè)定μ為液壓油的壓縮系數(shù)，假設(shè)油壓機(jī)所采用的油料為礦物油，則μ=7×10-10（m2/n），以V2表示主泵及其傳送油缸及其路線管道的容積。此時(shí)便可以將主泵送液壓缸機(jī)器及其已被壓縮的油液體積V1表示為：V1=μ·P·V2。設(shè)系統(tǒng)運(yùn)行壓力P=32Mpa。

圖1 某油壓機(jī)系統(tǒng)工作原理圖

而V2的值又可以通過(guò)內(nèi)徑、油管長(zhǎng)度等數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，具體如下：

綜合以上兩式，并代入數(shù)據(jù)，不難得出V1=1.032（L）

我們又知道，換向瞬間的回油量Q=V1/Δt，再次代入數(shù)據(jù)，得出Q=1032（L/min）。從而可以進(jìn)一步得出如下結(jié)論：

（m/s）

一般來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)回程時(shí)對(duì)管道油液的流動(dòng)速度要求通常小于等于5（m/s）[1]，而此時(shí)的管道流速為8.76（m/s），明顯超過(guò)了正常液壓，會(huì)對(duì)油壓機(jī)內(nèi)部管道造成較大的沖擊，進(jìn)而會(huì)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，因而必須采取措施進(jìn)行解決。

2.油壓機(jī)回油沖擊故障解決措施分析

通過(guò)對(duì)回油沖擊的原因進(jìn)行分析與探究，得出了三種解決方案。解決原理結(jié)構(gòu)如圖2所示。主要是從解決其泄壓?jiǎn)栴}的方向出發(fā)，預(yù)防油壓機(jī)在系統(tǒng)回程過(guò)程中產(chǎn)生的液壓沖擊及其相關(guān)的轟鳴現(xiàn)象。其中有兩項(xiàng)控制方案對(duì)其液壓控制單向閥有一定的要求，規(guī)定其必須為附帶卸荷閥芯的液壓控制單向閥。

圖2 三種解決回油沖擊的措施方案

第一種方案原理圖見(jiàn)圖2所示，主要是將單向閥12與一個(gè)外控油源直接相連，此時(shí)閥12具備一定的先導(dǎo)壓力，能夠保障液壓控制的主導(dǎo)權(quán)，基于卸荷閥芯的系統(tǒng)保障，確保主閥芯不會(huì)被壓力沖擊開(kāi)來(lái)，進(jìn)而保障油壓機(jī)的液壓缸無(wú)腔杠不會(huì)出現(xiàn)泄壓回流。當(dāng)該液壓缸的油壓低于某一固定值時(shí)，負(fù)責(zé)液壓控制的單向閥柱塞則會(huì)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部的主要閥門(mén)芯產(chǎn)生較大沖擊，將其頂開(kāi)，完成系統(tǒng)內(nèi)部的回油準(zhǔn)備，同時(shí)將系統(tǒng)外部礦物油源的壓力控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。以受力平衡原理作為指導(dǎo)，若以S1表示主控閥門(mén)的截面積，以S2表示卸載閥芯的截面積，以S3表示為系統(tǒng)控制柱塞的截面積。將P1表示液壓控制單向閥主要端口B的壓力強(qiáng)度。假設(shè)回程壓力強(qiáng)度為0，此時(shí)液壓控制單向閥C端的壓力為P2，將P3表示為具體的控制壓力，并設(shè)系統(tǒng)內(nèi)部彈簧的摩擦力為F0。

此時(shí)的壓力調(diào)控范圍便為：

第二種解決方案原理類似于第一種方案，同樣是采取壓力調(diào)節(jié)的方式，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)部電磁鐵通電后，液壓缸回程的壓力便取決于相鄰的順序閥12[2]。此時(shí)便需要保障其中順序閥的兩端壓差要始終大于將液壓?jiǎn)蜗蜷y內(nèi)部卸荷閥芯頂開(kāi)所需具備的壓力強(qiáng)度。

第三種解決方案，則是采取預(yù)先泄壓的指導(dǎo)理念，在系統(tǒng)回程時(shí)間內(nèi)，保障閥12及閥5DT的通電時(shí)間早于電磁鐵3DT。根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整好電磁鐵通電延時(shí)，以完成回程系統(tǒng)的泄壓準(zhǔn)備，預(yù)防回油沖擊的產(chǎn)生。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，以上所述三種方案均是解決油壓機(jī)回油沖擊的有效方案。第一種方案主要是通過(guò)調(diào)節(jié)液控單向閥12的先導(dǎo)壓力，確保在系統(tǒng)回程時(shí)間內(nèi)，壓力能夠穩(wěn)定調(diào)節(jié)，此項(xiàng)控制壓力措施能夠在多缸運(yùn)作，有效實(shí)施泄壓控制，解決其回油沖擊問(wèn)題。第二種解決方案則主要是通過(guò)直接控制系統(tǒng)油缸的回程壓力，來(lái)穩(wěn)定壓力結(jié)構(gòu)，此種解決措施結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，通常僅僅適用于對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)要求較低的地點(diǎn)。第三種解決方案則能夠靈活調(diào)制系統(tǒng)泄壓時(shí)間，可以做到將無(wú)腔桿的壓力釋放到最低，保障系統(tǒng)回程時(shí)不會(huì)受到任意沖擊。總而言之，第三種解決方案是最為簡(jiǎn)單、有效的控制回油沖擊的方案。

參考文獻(xiàn)：

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