CN101520061B - 液压系统减缓冲击压力的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种液压系统减缓冲击压力的方法装置，在压力泵的出口设置一个缓冲器，使进入缓冲器的高压液流在涡流腔形成一种涡流，再经过阻尼孔进入缓压腔形成具有稳定压力的液流，再进入液压管路。本发明可有效减轻液压系统在开关阀门时，初始冲击压力对液压管路的破坏作用。

Description

液压系统减缓冲击压力的方法及装置

技术领域

本发明涉及液压系统，特别是一种减缓液压泵出口处冲击压力的方法及缓压装置。

背景技术

在液压系统中，由于某种原因引起的液体压力急剧交替升降的阻尼波动过程，称为压力冲击。液压冲击时产生的压力峰值往往比正常工作压力高出几倍，尤其在高压力、大流量的情况下。例如液压泵的开启和关闭时产生的液流、液压执行元件在高速运动中突然停止，换向阀的迅速开启和关闭，都会产生高于静态值的冲击压力。它不仅伴随产生振动和噪声，而且会因过高的冲击压力而使管路、液压元件遭到破坏。

为此，液压系统设计时就必须考虑必要的安全系数以及在结构上减缓冲击的措施。目前液压系统中采用的减小冲击的方式主要有：泵出口处采用软管连接；泵出口处并联背压阀；系统中连接蓄能器等。这些装置都能一定程度的减轻液压系统中的冲击。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能有效减缓液压系统冲击压力的方法及缓冲压装置。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种液压系统减缓冲击压力的方法，包含液压管路和压力泵，其特征在于由压力泵出来的高压液流首先进入一个涡流腔形成一种涡流，再经过阻尼孔进入缓压腔形成具有稳定压力的液流，该液流由稳压腔再进入液压管路。

一种液压系统减缓冲击压力的装置，其特征在于该装置是一个两端贯通的腔体，腔体的两端设有管接头，腔体内固定设有带通孔的阻尼板。

本发明的有益效果表现在让带冲击压力的液流首先在一个较大的腔内形成一种涡流，再经过一块钻满小孔的阻尼板，流入另一个较大的腔内，使不稳定的液流在这个腔内形成一种较稳定的液流后再输送出去，以达到减轻管路冲击的作用。

下面以某液压试验设备的性能参数为依据，计算该设备的泵出口处在各种连接下的压力冲击值。

泵出口处冲击压力的计算

当迅速打开或关闭液压泵时，在系统中产生的冲击压力为：

直接冲击(即t＜τ)时，管道内压力增大值

ΔP＝a_cρΔv Pa

间接冲击(即t＞τ)时，管道内压力增大值

ΔP＝a_cρΔv(τ/t)Pa

式中：

ρ液体密度(YH-10液压油为850～960kg/m³)

因液压油的密度随温度的升高而减小，开启油泵时冲击最大，温度最低，故取ρ＝960kg/m³)

Δv关闭或开启液流通道后管道内流速之差m/s

t关闭或打开液流通道的时间s

τ＝2I/a_c管道长度为I时，冲击波往返所需的时间s

a_c管道内液流中冲击波的传播速度m/s

若不考虑粘性和管径变化的影响，冲击波在管内的传播速度

a_c＝√(E₀/ρ)/√(1+E₀d/Eδ)m/s

E₀液压油的体积弹性模数Pa(推荐值为700MPa)

δ，d管道的壁厚和内径m

E管道材料的弹性模量Pa，常用管道材料弹性模量

钢E＝2.1*10¹¹Pa，紫铜E＝1.18*10¹¹Pa，橡皮E＝2～6Mpa，

黄铜E＝1*10⁵Mpa，铝合金E＝7.2*10⁴MPa

1)出口处直接连接L＝600mm钢管时的冲击压力

E₀＝700MPa；δ＝1.5mm；d＝19mm；E＝2.1*10¹¹Pa

计算得a_c＝829m/s

t＝1s  τ＝2I/a_c(按Imin＝600mm计算)＝1.45s

ρ＝960kg/m³

Δv＝3.95m/s

[打开泵之前管道内流速为0，故流速之差为泵开启后管内流速。流量Qp＝67.2 L/min＝67200cm³/min，管子内径为19mm＝1.9cm，管子内径的截面积为S＝πr²＝3.14*0.95²＝2.835cm²

V＝Qp/S＝67200/2.835＝23703cm/min＝3.95m/s]

(t＜τ)

管子受到的直接冲击ΔP＝a_cρ Δv＝829*960*3.95＝3.14MPa

此时管道内实际压力为：15.7+3.14＝18.84MPa

按此压力验算管道壁厚：

$\mathrm{\δ}=\frac{\mathrm{Pd}}{2\left[\mathrm{\δ}\right]}m=[(15.7+3.2)*19*{10}^{-3}]/(2*91.67)=1.96\mathrm{mm}$

选用壁厚δ＝1.5mm＜1.96mm，故此冲击压力将对管路产生极大的破力且产生很大的震动。

2)如选用L＝600mm高压软管连接，则可减少冲击压力对管道的破坏。基于连接接头处螺纹为M22*1.5，高压软管选用4A4-33-K22Y12-12.5。

此时冲击压力为：

E₀＝700MPa；δ＝6.5mm；d＝12mm；E＝6MPa

计算得a_c＝33.56m/s

t＝1s τ＝2I/a_c(按Imin＝600mm计算)＝1.45s

ρ＝960kg/m³

打开泵之前管道内流速为0，故流速之差为泵开启后管内流速。流量Qp＝67.2 L/min＝67200cm³/min，管子内径为12mm＝1.2cm，管子内径截面积为S＝πr²＝3.14*0.6²＝1.13cm²

V＝Qp/S＝67200/1.13＝59469cm/min＝9.91m/s]

Δv＝9.91m/s

(t＜τ)

软管所受直接冲击ΔP＝a_cρ Δv＝33.56*960*9.91＝0.32MPa

此时管道内实际压力为15.7+0.32＝16.02Mpa

可见出口处连接高压软管时的冲击比连接钢管时的冲击要小得多。

3)出口处连接如下图所示的缓冲瓶时，计算此时的冲击压力为：

E₀＝700MPa；δ＝10mm；d＝40mm；E＝2.1*10¹¹Pa

计算得a_c＝848.3m/s

t＝1s  τ＝2I/a_c(按Imin＝139mm计算)＝3.28*10^-4s

ρ＝960kg/m³

[打开泵之前管道内流速为0，故流速之差为泵开启后管内流速。流量Qp＝67.2 L/min＝67200cm³/min，管子内径为40mm＝4cm，管子内径的的截面积为S＝πr²＝3.14*2²＝12.56cm²

V＝Qp/S＝67200/12.56＝5350.32cm/min＝0.89m/s]

Δv＝0.89m/s

(t＞τ)

直接冲击

ΔP＝a_cρ

4)各种管路连接下冲击压力的比较：

钢管：ΔP＝3.14MPa

软管：ΔP＝0.32MPa

缓冲瓶：ΔP＝2.37*10^-4Mpa

由此可见，出口处连接缓冲瓶后，管路的直接冲击比连接钢管时减小了约13249倍。此项成果也在实际试验中取得了明显的效果。

试验时，开始采用不锈钢管连接在泵出口处，试验不到一分钟，钢管被冲击破裂，油液从裂缝处冲出。连续换了三、四根钢管均出现同样问题，压力表指针跳动不稳。后改用高压软管连接，虽没出现破裂现象，但软管的震动之大让人不敢触及，压力表指针同样跳动不稳。改用此缓冲装置加软管连接后，震动现象虽然还有，但已明显改善，压力表的指针也达到平稳。

以下结合实施例附图对该申请作进一步详细描述

附图说明

图1是本发明的缓冲装置结构示意

图2是装置中阻尼板结构示意

图3是使用本发明的液压系统原理图

图中编号说明：1.缓冲装置 2.外腔体 3.阻尼板 4.压套 5.密封圈6.橡胶垫 7.堵头 8.前端连接口 9.涡流腔 10.缓压腔 11.后端连接口 12.阻尼孔 13.液压泵 14.连接导管 15.软管

具体实施方式

参见附图1，本发明的缓冲压力装置，简称缓冲装置1，是由带前端连接口8的壳状外腔体2与带后端连接口11的堵头7组成的两端贯通的瓶装腔体，阻尼板3装在外腔体2内，用压套4压紧在外腔体2的中部，装入橡胶垫6后拧紧堵头7。密封圈5和橡胶垫6主要起防止腔体内液体外泄的密封作用。阻尼版3将缓冲装置的内腔分隔成涡流腔9和缓压腔10。阻尼版3是一个带阻尼孔12的圆形板状，该阻尼孔是一个通孔结构，如图2所示。

参见图3，使用时将缓压装置的前端连接口8与液压泵13的出口用连接导管14连通，缓压装置的后端连接口11最好通过一段软管15与液压系统管路连通，当然也可直接与系统管路连通。由液压泵13出来的液流经连接接口8直接进入缓冲装置1的涡流腔9内形成涡流，实现对液流冲击压力的第一次缓冲，再经阻尼板3上的阻尼孔12进入缓压腔10，进行液流的二次缓冲形成具有稳定压力的液流，然后经软管15，进入系统管路，试验证明安装本发明缓压装置的液压系统，可有效避免冲击压力对系统管路的破坏。此装置与泵的连接导管14需是一直段最短的组合导管，出口11处可与液压软管直接连接或与液压管路的组合导管连接。

Claims (2)

1.一种液压系统减缓冲击压力的方法，包含液压管路和压力泵，其特征在于由压力泵出来的高压液流首先进入一个涡流腔形成一种涡流，再经过阻尼孔进入缓压腔形成具有稳定压力的液流，该液流由缓压腔再进入液压管路。

2.一种实现如权利要求1所述液压系统减缓冲击压力的方法的装置，其特征在于该装置是一个两端贯通的瓶状腔体，腔体的两端设有管接头，腔体内固定设有带阻尼孔的阻尼板，该阻尼孔是通孔结构，阻尼板将瓶状腔体分隔成涡流腔和缓压腔。

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