掘進(jìn)機(jī)行走機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)液壓沖擊的分析與處理

王志武

(天地科技股份有限公司上海分公司，上海200030)

在液壓系統(tǒng)中，油路很快地?fù)Q向或突然關(guān)閉，由于流動(dòng)液體的慣性和運(yùn)動(dòng)部件的慣性，使系統(tǒng)壓力急劇上升造成壓力沖擊，這種現(xiàn)象稱為液壓沖擊。根據(jù)能量守恒定律，液體的瞬時(shí)動(dòng)能全部轉(zhuǎn)變成壓力能時(shí)，該沖擊壓力可達(dá)正常工作壓力的3～4倍。液壓沖擊會(huì)引起機(jī)器振動(dòng)，導(dǎo)致密封件、油管和液壓元件損壞，并可使某些液壓元件(壓力繼電器、順序閥等)產(chǎn)生誤動(dòng)作。

設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí)，大家都會(huì)很重視系統(tǒng)原理圖中明顯會(huì)產(chǎn)生液壓沖擊的部分，會(huì)盡量予以避免;但對隱性的、可能產(chǎn)生液壓沖擊的部分卻疏以考慮。掘進(jìn)機(jī)行走機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)的液壓沖擊現(xiàn)象就是一個(gè)例子。

1 問題的由來

圖1是20世紀(jì)90年代國內(nèi)典型的掘進(jìn)機(jī)行走機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)，現(xiàn)在在小功率掘進(jìn)機(jī)上使用還很普遍。

系統(tǒng)中閥1換向時(shí)，油壓p1作用在液壓馬達(dá)上，同時(shí)液壓油也通過閥2進(jìn)入并打開制動(dòng)器，液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)齒輪箱，然后通過鏈輪帶動(dòng)履帶行走。對該系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)軟管抖動(dòng)很厲害，并伴有頻率很快的擊打聲，液壓沖擊現(xiàn)象明顯。

圖1 行走機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)簡圖1

2 原因分析

行走機(jī)構(gòu)空運(yùn)行時(shí)，所需壓力為3～4 MPa 左右，而實(shí)測打開制動(dòng)器時(shí)閥2的進(jìn)口壓力為3 MPa 左右，與行走機(jī)構(gòu)空運(yùn)行時(shí)的壓力太接近。行走機(jī)構(gòu)的啟動(dòng)壓力大于空運(yùn)行壓力，但啟動(dòng)后的慣性使壓力瞬間降到3MPa以下，使制動(dòng)器趨于關(guān)閉，這時(shí)行走機(jī)構(gòu)制動(dòng)，隨即壓力升高再次打開制動(dòng)器，行走機(jī)構(gòu)運(yùn)行，如此反反復(fù)復(fù)造成液壓沖擊。

3 解決方案

這是一個(gè)行走機(jī)構(gòu)空運(yùn)行壓力與制動(dòng)器開啟壓力互相干擾的問題。要排除此干擾有很多方法:

(1)降低制動(dòng)器的開啟壓力，這要減少制動(dòng)力矩，而且要修改制動(dòng)器，顯然不合適;

(2)在回油路上增加背壓，提高行走機(jī)構(gòu)空運(yùn)行壓力;

(3)選用負(fù)載反饋式比例換向閥，提高進(jìn)入制動(dòng)器的油壓，保證打開制動(dòng)器;

(4)把制動(dòng)器油源與液壓馬達(dá)油源分開。下面介紹其中的兩個(gè)解決方案。

3.1 將制動(dòng)器油源與液壓馬達(dá)油源分開

由于圖1中的閥1是液動(dòng)換向閥，一般用先導(dǎo)閥來使其換向，而先導(dǎo)閥通常是單獨(dú)油源，因此改用先導(dǎo)閥油源打開制動(dòng)器是個(gè)可行的辦法，見圖2。

圖2 行走機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)簡圖2

圖2中，壓力為p1的油源是進(jìn)入液壓馬達(dá)的油源，壓力為p2的油源是閥5的油源。壓力為p2的液壓油進(jìn)入閥5 推動(dòng)閥1換向的同時(shí)，又通過閥2進(jìn)入并打開制動(dòng)器，壓力為p1的液壓油進(jìn)入液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)。由于進(jìn)入制動(dòng)器的是單獨(dú)油源，p1的波動(dòng)絲毫不影響p2，所以在閥1換向期間，p2使制動(dòng)器始終處于開啟狀態(tài)，p1也一直作用在液壓馬達(dá)上使其旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)運(yùn)行，這就解決了行走機(jī)構(gòu)空運(yùn)行壓力與制動(dòng)器開啟壓力互相干擾的問題。

3.2 同一油源下的解決辦法

進(jìn)入21世紀(jì)以來，國外大量先進(jìn)的液壓技術(shù)、液壓元部件涌入國內(nèi)，使液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路發(fā)生了很大的變化。許多可供選擇的、先進(jìn)的液壓元部件使液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更可靠、性能更優(yōu)越。圖3是用負(fù)載反饋式比例換向閥組成的行走機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)原理圖。

圖3 行走機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)簡圖3

圖3中，閥1是負(fù)載反饋式比例換向閥，閥的頭片有1個(gè)減壓閥、1個(gè)溢流閥和1個(gè)三通流量控制閥。油壓p 作用在閥1，從閥1出去作用在液壓馬達(dá)上的壓力為p':p=p'+0.9 MPa其中:0.9 MPa是三通流量控制閥換向時(shí)克服彈簧力的初始壓力。

行走機(jī)構(gòu)空運(yùn)行時(shí)所需最低壓力為3 MPa 左右，該壓力作用在液壓馬達(dá)的同時(shí)，通過閥2將閥5打開，閥5的換向壓力很小，故在行走機(jī)構(gòu)空運(yùn)行時(shí)閥5 始終處于打開狀態(tài)，該油壓又通過閥1里的梭閥同時(shí)作用在閥頭片的三通流量控制閥彈簧側(cè)，于是從減壓閥出去的油壓為3.9 MPa 左右(減壓閥設(shè)定壓力為4 MPa，不大于4 MPa的壓力就不減壓了)，該壓力裕量較大，通過閥5 (閥5的通流壓損很小)始終作用在制動(dòng)器上使其開啟，足以避免由于行走機(jī)構(gòu)啟動(dòng)后的慣性使壓力瞬間下降的影響，解決了行走機(jī)構(gòu)空運(yùn)行壓力與制動(dòng)器開啟壓力互相干擾的問題。

選用閥5時(shí)要重視其切換壓力的大小，盡可能選低一些的，假如切換壓力接近3 MPa，當(dāng)啟動(dòng)后的慣性使行走機(jī)構(gòu)的空運(yùn)行壓力略低于3 MPa時(shí)，閥5 會(huì)關(guān)閉，阻斷了從減壓閥出去的油源，同樣會(huì)發(fā)生上述壓力互相干擾的問題。

4 結(jié)論

設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)工況的回路組合有很多。有的側(cè)重簡潔，有的偏重功能，有的注意節(jié)能。但總體來說要避免產(chǎn)生大的液壓沖擊，確保系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性。

液壓沖擊可通過對系統(tǒng)回路的改進(jìn)以及液壓元件的重新選型來加以控制和消除。

要對系統(tǒng)回路組合的關(guān)聯(lián)度及相互影響予以重視，認(rèn)真做好系統(tǒng)每個(gè)回路的設(shè)計(jì)計(jì)算，才能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，防患于未來。

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