液压系统的压力冲击现象及处理措施.doc

　　   液压系统中出现液压冲击的原因
   1、管路中阀口突然关闭
   当阀门开启时设管路中压力恒定不变，若阀门突然关死，则管路中流体立即停止运动，此时油液流动的动能将转化为油液的挤压能,从而使压力急剧升高,造成液压冲击。即产生完全液压冲击。液压冲击的实质主要是，管路中流体因突然停止流动而导致其动能向压能的瞬间转变。
     （2）高速运动的部件突然被制动
高速运动的工作部件的惯性力也会引起系统中的压力冲击,例如油缸部件要换向时,换向阀迅速关闭油缸原来的排油管路,这时油液不再排出,但活塞由于惯性作用仍在运动从而引起压力急剧上升造成压力冲击。液压缸活塞在行程中途或缸端突然停止或反向，主换向阀换向过快，均会产生液压冲击。
    （3）某些元件动作不够灵敏
如系统压力突然升高，但溢流阀反应迟钝，不能迅速打开时便会产生压力超高现象。
液压冲击的危害 

　　1)冲击压力可高达正常工作压力的3~4倍，使液压系统中的元件、管道、仪表等遭到破坏； 

　　2)液压冲击使压力继电器误发信号，干扰液压系统的正常工作，影响液压系统的工作稳定性和可靠性； 

　 3)液压冲击引起震动和噪声、连接件松动，造成漏油、压力阀调节压力改变。 

　　2液压冲击产生的原因 

　　1)管路内阀口快速关闭 

　　如图1所示，在管路A的入口端装有蓄能器，出口端B装有快速换向阀。当换向阀处于打开状态(图示位置)时，管中的流速为V0，压力为P0。若阀口B突然关闭，管路内就会产生液压冲击。 

　　直接冲击(完全冲击)时(tT)， 

　　管内冲击压力最大升值为 

　　ΔP=ρCΔVT/t=ρC(V0-V1)T/t 

　　式中:t——换向时间，即关闭或开启液流通道的时间;T=2L/c——当管长为L时，冲击波往返所需时间;ρ——液体密度;ΔV——阀口关闭前后，液流流速之差;C——管内冲击波在管中的传播速度，且。其中:E0——液体的弹性模数;E——管路中的弹性模数;d——管道内径;δ——管道壁厚。 

　　2)运动部件在高速运动中突然被制动 

　　此时产生压力冲击(惯性冲击)ΔP为 

　　ΔP=ΣmΔV/(AΔt) 

　　式中:Σm——运动部件的总质量;A——运动部件的有效端面积;Δt——制动时间;ΔV——速度改变值。 

　　例如油缸活塞在行程中途突然停止或反向，主换向阀换向过快，活塞在缸端停滞或反向，均会产生压力冲击。 

　　3防止液压冲击的一般方法 

　　对于阀口突然关闭产生的压力冲击，可采取下述方法排除或减轻： 

　　1)减慢换向阀的关闭速度，即延长换向时间t。例如采用直流电磁阀比交流的液压冲击要小，或采用带阻尼的电液换向阀可通过调节阻尼以及控制通过先导阀的压力和流量来减缓主换向阀阀芯的换向（关闭）速度。液压换向阀也与此类似； 

　　2)增大管径，减小流速，从而可减小流速的变化值，以减小缓冲压力;缩短管长，避免不必要的弯曲；采用软管也可获得良好效果。 

　　3)在滑阀完全关闭前减缓液体的流速。如改进换向阀阀控制边的结构（在阀芯的棱边上开长方形或V型槽或做成锥形截流锥面），液压冲击可大为减小。 

　　对于运动部件突然被制动、减速或停止产生的液压冲击，可采用的防止方法有： 

　　1)在油缸的行程终点采用减速阀，由于缓慢关闭油路而缓解了液压冲击； 

　　2)在油缸端部设置缓冲装置装置（如单向节流阀）控制油缸端部的排油速度，使活塞运动到缸端停止时，平稳无冲击； 

　　3)在油缸回油控制油路中设置平衡阀和背压阀，以控制快速下降或水平运动的前冲冲击，并适当调高背压压力； 

　　4)采用橡胶软管吸收液压冲击能量； 

　　5)在易产生液压冲击的管路上，设置蓄能器，以吸收冲击压力； 

　　6)采用带阻尼的液压换向阀，并调大阻尼值，即关小两端的单向节流阀； 

　　7)重新选配活塞或更换活塞密封圈，并适当降低工作压力，可减轻或消除液压冲击现象

   三、液压系统预防液压冲击的方法
（1）对阀门突然关闭而产生液压冲击的防治方法
①减慢换向阀的关闭速度、增大管路半径和液体流速，这样做可以在换向阀关闭时间来减小瞬时产生的压力，避免出现液压冲击。如采用直流电磁阀，其所产生的液压冲击要比交流电磁阀的小。例如采用直流电磁阀比交流的液压冲击要小，或采用带阻尼的电液换向阀可通过调节阻尼以及控制通过先导阀的压力和流量来减缓主换向阀阀芯的换向（关闭）速度。
   ②适当增大管径，减小流速，从而可减小流速的变化值，以减小缓冲压力;缩短管长，避免不必要的弯曲；采用软管也可获得良好减缓液压冲击的效果。
   ③在滑阀完全关闭前降低液压油的流速。如改进换向阀控制边界的结构（在阀芯的棱边上开出长方形或V形槽或将其做成锥形），液压冲击可大为减小。
④在容易产生液压冲击能力的地方设置蓄能器。蓄能器不但能缩短压力波的传播距离、时间，还能吸收压力冲击。
     （2）对运动部件突然制动、减速或停止而产生液压冲击的防治方法
① 采取措施适当延长制动时间。
   ② 在液压缸端部设置缓冲装置，行程终点安装减速阀，能缓慢地关闭油路，缓解液压冲击。
   ③ 在液压缸端部设置缓冲装置（如单向节流阀）控制排油速度，可使活塞到液压缸地端部停止时，平稳无冲击。
   ④ 在液压缸回油控制油路中设置平衡阀或背压阀，以控制工作装置下降时或水平运动时的冲击速度，并可适当调高背压压力。
   ⑤ 采用橡胶软管吸收液压冲击能量，降低液压冲击力。
   ⑥ 在易产生液压冲击的管路上设置蓄能器，以吸收冲击压力。
   ⑦ 采用带阻尼的液压转向阀，并调大阻尼值（即关小两端的单向节流阀）。
   ⑧ 正确设计有关阀口的形状，使运动部件在制动时速度的变化比较缓慢、一致。
   ⑨重新选配活塞或更换活塞密封圈，并适当降低工作压力，可减轻或消除液压冲击现象。（3）再有就是通过电气控制方式预防液压冲击的方法。
   ① 启动液压阀时先输出电磁阀控制信号，然后输出系统压力流量控制信号，关闭液压阀时先清零系统压力控制信号，然后再关闭液压阀控制信号，这样就可以保证开关液压阀时系统环境是低压或者是无压状态，可以有效降低液压冲击。在此过程中增加的延时环节一般取0.1秒(100毫秒)为宜，因为液压系统的响应时间一般为十毫秒级别，时间过长会影响系统的响应速度，时间太短起不到减少液压冲击的目的。
   ② 有效灵活的利用比例压力流量信号输出斜坡将可以大大提高液压系统平稳性和控制精度。一般情况下，程序中每个动作都会设置不同的压力流量上升下降斜坡，默认值设定为最快(即0秒)，根据不同的动作要求可以更改数值，最大为9.9秒，例如在系统锁模上压时，可以适当增加压力上升斜坡，这样就可以避免锁模压力过冲的问题。
   采用电气方式预防液压冲击问题的优点是比较简洁、方便和高效，不需要对液压系统进行更大的调整，但其最大的缺陷是降低了系统的响应速度，并且不能解决所有的液压冲击问题，所以要从根本上解决液压冲击问题需要从液压回路和液压元件上着手。
   液压系统在设计时，还可以通过缩短管路的长度、减少非必要弯曲或采用有卸除冲击力作用的软管等方式，来减小液体流速的变化，以帮助换向阀关闭时减少瞬时压力，来防止液压冲击的出现。
针对具体的液压回路和工况对液压元件结构进行改进，也可在液压回路中增加各类辅助液压元件等。

1、 对换向阀迅速关闭，或开启进、回油口时所产生的液压冲击的防止方法。
（1）在确保换向阀工作周期的前提下，应尽可能地减慢换向阀的关闭或开启进、回油口的速度。办法是：在换向阀两端采用阻尼器，可用单向节流阀调节换向阀的移动速度；采用电磁换向阀的换向回路，如因换向速度快而产生液压冲击，可换用带阻尼器装置的电磁换向阀；适当降低换向阀的控制压力；严防换向阀两端油腔渗漏。
（2）在换向阀未完全关闭关减慢液体的流速。办法是：改进换向阀进、回油口控制边的结构。换各阀进、回油口控制边的结构有直角形、锥形和轴向三角槽形等多种形式（见图1a、图1b和图1c）。当采用直角形控制边时，液压冲击较大；采用锥形控制边时，如制动锥角θ大，则液压冲击较铁矿石；采用三角槽开控制边，则制动过程较平稳；采用先导阀预制动的的效果较好。

合理选择制动锥角和制动锥的长度。制动锥角小，制动锥的长度长，则液压冲击小。
正确地选择三位换向阀的换向机能，合理确定换向阀在中间位置的开口量。
（3）有快跳动作要求的换向阀（如平面磨床及外圆磨床上），其快跳动作不能越位，即在结构与尺寸的匹配上应保证换向阀快跳后处于中间位置。
（4）适当加大管路的管径，缩短换向阀至液压缸的管路，减少管道的弯曲。
2、对液压活塞在行程的中间位置突然被制动、减速或停止时所产生的液压冲击的防止方法。
在液压缸的入口及出口处设置反应快、灵敏度高的小型安全阀；采用动态特性好（如动态调量小）的压力控制阀；减小驱动能，即在达到所需驱动力的情况下，尽可能地减小系统的工作压力；在带有背压阀的系统中，适当地提高背压阀的工作压力；在立式动力头或立式液压机拖板快速下降的液压控制回路中，应设置平衡阀或背压阀；采用双速转换；在发生液压冲击的附近处安装皮囊式波纹形的蓄能器；采用橡胶软管，以吸收液压冲击的能量；防止和排除液压系统中的空气。
3、对液压缸活塞在行程终端停止或反向时所引起的液压冲击的防止办法。
此种情况下一般的防治方法是，在液压缸中设置缓冲装置，使活塞尚未到达终点时增大回油阻力，以减慢活塞的移动速度
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