控制液压冲击的方法

1.液压冲击及其危害

在液压系统中，由于某种原因（变压、变速、变向或停车等）引起的液体压力急剧交替升降的阻尼波动过程，称为液压冲击，又称水击或油击。图8-18所示为某液压缸出油口关闭时，由电子示波器和记录仪显示并绘出的液压冲击波动图。可从图8-18可以看到，液压冲击出现时，压力峰值（12MPa）比液压缸正常运行时的压力（4.5MPa）增大了约2倍。在某单位挖土机动臂液压缸突停时发生加速漏油的实例中，测得在p=21MPa工作压力下，进油管在0.28s过渡过程中产生47MPa的高压，示波器显示衰减振动约16次，多次液压冲击的疲劳与管子共振现象使管子产生微裂甚至爆裂。试验发现，液压缸由于有截面增压效应，有杆腔的压力冲击甚于无杆腔。中低压液压设备，用手触油管，可明显地感觉到液压的冲击。薄壁软管可见管壁脉动。

（1）液压系统产生液压冲击的主要原因 液压冲击主要产生于变压、变速、变向或者停车的过程中其产生的主要原因有以下方面：

1）液压阀骤然关闭或开启。液体在油管中流动时，如果液压阀骤然关闭，流速将随之骤然降低到零，在此瞬间液体的动能转化为压力能，使液体压力突然升高，并形成压力冲击波。反之，当液压阀骤然开启则会出现压力降低。

2）执行器的惯性力。高速运动的液压执行器的惯性力也会引起系统中的液压冲击。例如，工业机械手、液压挖掘机转台的旋转马达在制动和换向时，因排油管突然关闭，但回转机构由于惯性还在继续转动，将会引起压力急剧升高的液压冲击。

3）元件反应动作不灵敏。液压系统中某些元件的位置反应动作不灵敏，也可能造成液压冲击。如限压式变量泵，当压力升高时不能及时减小排量而造成压力冲击；溢流阀不能迅速开启而造成过大压力超调等。

图8-18 液压冲击波动图

（2）液压冲击的危害 液压冲击使系统的瞬时压力往往比正常工作压力高出好几倍，常使液压元件、辅件、管道及密封装置失效，引起系统振动和噪声。同时，由于密封圈的损坏，接头与法兰松动、机件原始强度恶化（主要是管子与缸筒）常常引起泄漏。冲击波引起的液压冲击，对于低压或中低压液压设备具有较大的危害性。在高压系统中，往往是停车的慢性动能及截面效应引起加速泄漏。所以，正确分析、计算并采取有效措施防止或减少液压冲击，对于高精度加工设备、仪器仪表等机械设备的液压系统尤为重要。

2.液压冲击的计算

液压冲击属于管道中液体非定常流动问题，是一种动态过程。由于其影响因素甚多，故很难准确计算，往往采用估算或通过试验确定。在液压系统设计中，一般情况可采取有效的防范措施而不进行计算；当有特殊要求时，可按以下方法进行验算。

（1）液流通道迅速启闭引起的液压冲击 可分为以下两种情况：

1）完全冲击，即t<τ时管道内压力的增大值

Δp=aρΔv （8-13）

2）非完全冲击，即t>τ时管道内压力的增大值

Δp=aρΔvτ/t （8-14）

式中 ρ——油液密度（kg/m³）；

Δv——关闭或开启液流通道前、后管道内液流速度变化值（m/s）；

t——关闭或开启液流通道的时间；

τ——冲击波往返所需时间，τ=2l/a（s）；

l——管道长度（m）；

a——冲击波在管道内的传播速度（m/s）；

Δp——管道内压力的增大值（Pa）。

若忽略粘性及管径变化的影响，则(www.xing528.com)

E₀——液压油液的体积弹性模量（Pa），值可从表8-25查得；

δ——管道的壁厚（m）；

d——管道的内径（m）；

E——管道材料的弹性模量（Pa），常用管道材料的弹性模量见表8-26。

表8-25 几种液压工作介质的体积弹性模量E₀（单位：MPa）

表8-26 常用管道材料的弹性模量E（单位：Pa）

（2）急剧改变液压缸运动速度引起的液压冲击 急剧改变液压缸及其驱动的负载的运动速度时，由于液体与运动部件的惯性作用引起的压力增大值为

式中 l_i———第i段管道的长度（m）；

ρ———液体密度（kg/m³）；

A_i———第i段管道的截面积（m²）；

A———液压缸活塞面积（m²）；

m———活塞及其联动部件的质量（kg）；

Δv———活塞速度变化量（m/s）；

t———活塞速度变化Δv所需时间（s）。

3.防止液压冲击的措施

在设计和使用液压系统时，缓和液压冲击最有效的方法是在液压缸进出油口管道上设置蓄能器或灵敏的缓冲溢流阀。另外，可用分级减压及用行程减速阀减少驱动能，用缸内设缓冲器、阀内设节流器、运动部件终点设波纹管等方法吸收惯性能。防止液压冲击的措施见表8-27。

表8-27 防止液压冲击的措施