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高压液压系统设计的注意事项

2022-06-13
摘要:高压液压系统设计的注意事项   液压系统广泛应用于交通、建筑、机械等行业。随着现代机械对液压系统的要求越来越高, 液压系统正向高温、高压和高效率方向发展。系统压力的提高给液压系统尤其是高压液压系统带来了一系列问题, 诸如高压下液压油特性发生的变化、冲击与噪声的增高, 泄漏的增大, 能量的严 […]

高压液压系统设计的注意事项

 

液压系统广泛应用于交通、建筑、机械等行业。随着现代机械对液压系统的要求越来越高, 液压系统正向高温、高压和高效率方向发展。系统压力的提高给液压系统尤其是高压液压系统带来了一系列问题, 诸如高压下液压油特性发生的变化、冲击与噪声的增高, 泄漏的增大, 能量的严重损失等等。

本文将从这四个方面来论述高压液压系统设计中应注意的一些事项。

液压油在液压系统中不仅作为工作介质传递能量, 而且还担负着各种液压元件的润滑、抗磨、除锈及防腐等方面的任务, 因此被人们称之为液压机械的血液。

据统计, 液压系统故障中有 75%来源于液压油。在高压液压系统中, 液压油的特性常常会发生变化。当压力升高时, 粘度亦增加。液压系统中粘度过高会加大管路中的液体输送阻力, 增加工作过程中的能量损失, 温升快且工作温度高, 主泵吸油端易发生“空穴”现象; 粘度过小则不能保证工程机械良好的润滑条件, 易导致零部件的磨损加剧及系统泄漏的增加, 引起液压泵容积效率的下降。在高压液压系统中, 解决润滑和泄漏问题要远比克服其粘阻更重要, 故在高压液压系统中一般应选用高粘度的抗压液压油。

1、冲击与噪声

在液压系统中, 由于某种原因可引起油液的压力瞬间急剧升高, 从而形成较大的压力峰值, 这种现象通常称做液压冲击。液压噪声是与液压泵、执行元件、控制阀以及整个液压系统相关的一个复杂问题。设计高压液压系统时, 需要特别注意的是在系统压力高的情况下, 容易引发的强液压冲击以及较高的噪声。针对于这一问题, 将从以下几个方面进行论述。

1.1 液压泵

在液压系统中, 液压泵是主要噪声源, 其噪声量几乎占整个液压系统噪声的 75%。在高压液压系统中, 液压泵广泛采用柱塞泵。柱塞泵为容积式泵, 其工作原理是密封的工作容积发生周期性的变化, 由此来进行吸油与排油, 从而引发了瞬间流量的脉动, 因此液压泵的输出流量存在脉动。当流量脉动遇到液压系统管路阻抗时, 可形成压力脉动,进而导致振动并引起噪声。设计时, 一方面要尽量选择流量脉动小的柱塞泵; 另一方面, 柱塞泵排油口附近要使用橡胶软管并利用蓄能器回路来吸收流量与压力脉动。此外, 液压泵的吸空现象也会产生噪声, 这主要是油箱吸油管设置不合理造成的。设计时, 可注意选用直径较大的吸油管以减小管道局部阻力。

1.2 控制阀

溢流阀是液压系统中最常用的压力控制阀, 也是液压系统中仅次于液压泵的噪声源。其噪声的产生主要源于瞬间完成的压力变化。压力变化愈大, 噪声则愈高。在高压液压系统中, 高压油通过溢流阀变为大气压, 压力变化所引起的噪声也很大。

设计时, 应注意增设卸荷回路。在普通的液压系统中, 液压油中可以溶解少量空气。而在高压液压系统中, 由于系统压力的升高,油液中极易溶解更多的空气。油液流过控制阀时会产生节流作用并在节流口处形成很高的流速, 从而迫使压力降低。当压力低于大气压时, 溶解于油中的空气便分离出来生成大量的气泡。当气泡随油液到达压力较高的区域时就会破灭, 因而产生局部液压冲击以及爆炸性噪声。在设计高压液压系统时,一定要注意提高节流口下游侧的背压, 要使其高于空气分离压力的界值。

换向阀关闭或打开时, 所产生的液压冲击可引起噪声。系统压力越高、换向时间越短, 冲击就越强、噪声也越大。若高压液压系统中须采用电磁换向阀时, 要将换向速度放缓, 以加长其换向时间, 还应注意阀的中位机能与过渡位置的选择。在设计某些高压液压系统时, 还可选用机动- 液动换向阀来取代电磁换向阀。由于这种阀换向时有过渡过程,因此会明显地减少冲击。随着插装阀技术的快速发展, 越来越多的插装阀正在被高压液压系统所选用, 设计高压系统时可根据功能要求考虑选择合适的插装阀。此外, 可在换向阀前设置蓄能器, 以减小压力冲击波的传播距离, 同时还能吸收冲击压力。

蓄能器应垂直安装, 应保持其油口在下, 气体部分在上。

2、泄漏

泄漏是目前液压系统中普遍存在的现象, 尤其是在高压液压系统中更为严重。在设计高压液压系统时, 针对泄漏问题要注意以下几个方面:

3.1 气体污染

由前面分析可知, 高压液压系统的油液中会溶解较多的空气, 空气在油液中极易生成气泡。一台液压支架在工作过程中, 若油液在极短时间内于高低压之间迅速转换时, 就会使气泡在高压侧升至高温, 在低压侧发生爆裂。若液压系统的元件表面有凹点和 /或损伤时, 高速冲向元件表面的液压油就会加速表面的磨损, 甚至引起泄漏。因此, 设计高压液压系统时要考虑配置排气装置, 并应提醒操作者在系统使用前一定要利用排气装置认真地排净混入系统中的空气。

3.2 冲击和振动

由于高压液压系统造成的冲击和振动都很大,极易造成螺纹连接件与管接头等处的松动以及因配合面间相互磨损而引起的泄漏。因此, 在进行高压液压系统设计时, 要根据其类型和使用条件合理选用螺纹连接件, 要尽量减少管接头的使用并要优先选用焊接式管接头; 此外, 设计中应特别强调管接头的加工与装配一定要严格执行有关标准的规定。

3.3 系统温升

高压液压系统往往会引起液压系统的油温过高、润滑油膜变薄、摩擦力增大、磨损加剧, 以致密封材料老化加快、材质变硬变脆, 最终产生泄漏。因此, 设计时应注意配置冷却装置。

由于高压液压系统中压力的提高、液压油能量的扩大, 因各种原因引发的系统能量的损失也随之增大。正因为如此, 设计高压液压系统时节能就显得非常之重要。常用的节能方法有: 在液压系统中安装蓄能器; 采用负载敏感式变量柱塞泵等。

鉴于压力的升高, 高压液压系统的设计就会有一些特殊之处。文章从液压油、冲击与噪声、泄漏和节能等四个方面阐述了高压液压系统设计实践中应该注意的一些事项, 或许对同行有一些参考价值。

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