搗固車外夾持液壓回路中蓄能器充氣壓力優(yōu)化

岳麗敏，王麗平

（鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，河南鄭州450052）

搗固車外夾持液壓回路中蓄能器充氣壓力優(yōu)化

岳麗敏，王麗平

（鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，河南鄭州450052）

為了解決D08-32型搗固車作業(yè)一段時(shí)間后外夾持液壓缸出現(xiàn)運(yùn)動不穩(wěn)定情況，分析外夾持液壓系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)液壓系統(tǒng)溫度升高將使氣囊式蓄能器中的充氣壓力上升，使蓄能器補(bǔ)油能力減弱，從而影響液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性?；趽v固車在作業(yè)過程中液壓油溫度不可避免會發(fā)生變化，優(yōu)化蓄能器的充氣壓力，使外夾持液壓缸的運(yùn)動盡量在整個(gè)工作過程中保持穩(wěn)定。

蓄能器；溫度；液壓缸；充氣壓力

蓄能器的作用是將液壓系統(tǒng)中的壓力油儲存起來，在需要時(shí)又重新放出。其在液壓系統(tǒng)中主要作輔助動力源、緊急動力源、吸收液壓沖擊、補(bǔ)充泄漏和保持恒壓作用。氣囊式蓄能器利用氣體的壓縮和膨脹來儲存、釋放壓力能［1］。D08-32型搗固車作業(yè)一段時(shí)間后外夾持液壓缸出現(xiàn)運(yùn)動不穩(wěn)定情況。分析該液壓系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)中用了一個(gè)12 L的氣囊式蓄能器，氣囊中壓縮氣體壓力大小受環(huán)境溫度影響，從而將影響到蓄能器的排液能力，進(jìn)而影響到液壓缸的運(yùn)動性能。本文分析蓄能器在該回路中的作用，優(yōu)化蓄能器的充氣壓力，使外夾持液壓缸的運(yùn)動盡量在整個(gè)工作過程中保持穩(wěn)定。

1　蓄能器在D08-32搗固車外夾持液壓系統(tǒng)中的作用

對D08-32搗固車外夾持液壓系統(tǒng)進(jìn)行分析，夾持作業(yè)時(shí)，單個(gè)外夾持液壓缸液壓系統(tǒng)可簡化為圖1所示。

圖1　外夾持液壓缸夾持作業(yè)時(shí)液壓系統(tǒng)圖

搗固車作業(yè)時(shí)，要求外夾持液壓缸1.3 s內(nèi)能完成夾持動作。外夾持液壓缸活塞直徑D為75 mm、活塞桿直徑d為60 mm、行程L為135 mm、液壓缸的效率η1為0.95；液壓泵的轉(zhuǎn)速n為1 892 r/min、排量V為58.3 mL/r、葉片泵的容積效率η2為0.8［2］.

完成夾持動作無桿腔所需的油液量：

泵給單個(gè)液壓缸的1.3 s的供油量（外夾持液壓系統(tǒng)共8個(gè)夾持缸）：

液壓缸有桿腔排出的油液量：

液壓系統(tǒng)為差動連接：

從中可以看出，1.3 s內(nèi)泵的供油量不夠，故蓄能器在系統(tǒng)中有輔助動力源的作用。

2　實(shí)際工況下，蓄能器的排油能力

由氣體定律有：

式中，p0為充液前蓄能器充氣壓力；V0為充液前充氣體積；p1為蓄能器中最低工作壓力；V1為最低工作壓力時(shí)的氣體體積；p2為蓄能器中最高工作壓力；V2為最高工作壓力時(shí)的氣體體積；n為指數(shù)，其值由氣體工作條件決定：當(dāng)蓄能器釋放能量的速度緩慢時(shí)，可認(rèn)為氣體在等溫條件下工作，n=1；當(dāng)蓄能器釋放能量的速度很快時(shí)，可認(rèn)為氣體在絕熱條件下工作，n=1.4［3］.

由式（1）可推得

式中，△V為蓄能器的工作容積，與V1，p1，p2大小有關(guān)；對折合形氣囊取p0=（0.8～0.9）p1.

從式（2）可以看出，當(dāng)p0升高時(shí)，蓄能器的工作容積將減小，即蓄能器的排油容積將減小。

蓄能器做輔助動力源用，n取1.4，p0=0.9 p1，系統(tǒng)中標(biāo)定蓄能器充氣壓力為12 MPa，蓄能器容積為12 L，溢流閥設(shè)定壓力為15 MPa.當(dāng)蓄能器充液前壓力為12 MPa時(shí)，根據(jù)式（2），蓄能器的最大排液量為：

蓄能器同時(shí)為8個(gè)外夾持液壓缸提供供油，故能為每個(gè)液壓缸提供0.18 L＞0.176 L，滿足系統(tǒng)輔助動力源要求。

3　溫度對蓄能器補(bǔ)油能力的影響

液壓系統(tǒng)工作一段時(shí)間，液壓油溫度將上升，造成蓄能器中氣體溫度的上升（和液壓油等溫，可達(dá)80℃），由氣體查理定律，一定質(zhì)量的氣體，在氣體體積不變的情況下

式中，T0為充氣時(shí)的絕對溫度；T'為實(shí)際工作時(shí)的絕對溫度；p'為實(shí)際工作時(shí)氣體壓力。

由式（3）可以看出，氣體溫度上升，必將造成氣囊內(nèi)充氣壓力的升高，又由式（2）可得，蓄能器補(bǔ)油能力下降，導(dǎo)致?lián)v固車搗固作業(yè)時(shí)，一方面外夾持液壓缸在1.3 s內(nèi)完成不了夾持工作，另一方面系統(tǒng)壓力瞬間迅速下降，嚴(yán)重時(shí)瞬時(shí)下降為零，作業(yè)結(jié)束后又迅速上升。

4　蓄能器充氣壓力優(yōu)化

以上分析可以看出，蓄能器氣囊中充氣壓力的大小受到溫度的影響，充氣壓力的大小又會影響到蓄能器的補(bǔ)油能力，為了在最高工作溫度下，蓄能器有足夠的補(bǔ)油能力，在給蓄能器氣囊充氣時(shí)，應(yīng)考慮環(huán)境溫度，使得蓄能器在最高工作溫度下氣囊中充液前的壓力不至于過大。由前面分析，蓄能器充液前壓力為12 MPa時(shí)，蓄能器的補(bǔ)油能力剛好夠。若滿足最高工作溫度下蓄能器補(bǔ)油要求，80℃時(shí)蓄能器氣囊中充液前壓力應(yīng)為12 MPa，根據(jù)式（3），可以計(jì)算出不同環(huán)境溫度下，給蓄能器氣囊充氣時(shí)的充氣壓力見表1.

表1　不同環(huán)境溫度下蓄能器氣囊充氣壓力

5　結(jié)束語

在液壓系統(tǒng)中使用蓄能器時(shí)需注意，氣囊中的氣體壓力會隨著溫度的改變而改變，故在計(jì)算充氣壓力時(shí)，一定要考慮充氣時(shí)的溫度和使用時(shí)的溫度區(qū)別，保證工作時(shí)氣囊內(nèi)的壓力滿足系統(tǒng)要求。

［1］張勤，徐鋼濤.液壓與氣壓傳動技術(shù)［M］.北京：高等教育出版社，2015.

［2］傅文智，毛必顯.抄平起撥道搗固車［M］.北京：中國鐵道出版社，2010：75-84.

［3］何存興.液壓傳動與氣壓傳動［M］.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2000.

The Optimization of Accumulator Charging Pressure in the Outer Clamping Hydraulic Circuit for Tamping Machine

YUE Li-min，WANG Li-ping
（Electromechanical Engineering Department of Zhengzhou Railway Vocational&Technical College，Zhengzhou Henan 450052，China）

In order to solve the outer clamping hydraulic cylinder motion instability of D08-32 tamping machine for a period of time.It is found that the temperature rise of the hydraulic system will cause the inflation pressure rise in the air bag accumulator through analysis hydraulic system，and to weaken the oil storage capacity of the accumulator，so as to affect the stability of hydraulic system.The change of oil temperature will inevitably happen whentamping machine work，to optimize the charging pressure of accumulator，and then the hydraulic cylinder will keep stability in the whole workingprocess as far as possible.

accumulator；temperature；hydraulic cylinder；Inflation pressure

TH137.7

A

1672-545X（2016）08-0182-02

2016-05-05

岳麗敏（1980-），女，河南獲嘉人，碩士，講師，主要從事機(jī)電一體化方面的教學(xué)及科研工作。