液压系统的冲击_振动分析与控制

液压系统的冲击、振动 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 与控制 山东科技大学 　林晓磊 　徐瑞银　山东煤矿莱芜机械厂 　郭大洲 　　摘 　要 : 影响液压系统冲击、振动的因素很多 , 如泵的结构、阀的参数及负载情况和整个系统管路设计的 合理性、工作条件等。本文主要从液压系统设计的角度 , 分析了系统产生冲击、振动的原因与控制。 　　关键词 : 液压系统 ; 冲击 ; 振动 　　Abstract : There are many factors that influence impact and vibration in hydraulic systems , such as pump structure , valve parameters , load , pipe design and operation conditions. This paper discusses causes of and control to impact and vibration in hy2 draulic system from the view of hydraulic system design. Keywords : hydraulic system ; impact ; vibration 　　随着液压技术向高速、高压、大功率的方向发 展 , 液压系统中的冲击、振动问题越来越受到人们 的重视。在液压系统中 , 当油路突然换向、关闭或 打开时 , 液体流速将发生急剧变化 , 产生液压冲击 现象 , 造成较大的振动和噪声 , 影响液压系统的正 常工作。因此 , 分析液压系统产生冲击和振动的原 因并对其加以控制具有十分重要的意义。 1 　液压系统产生冲击、振动的原因及危害 111 　液压系统产生冲击、振动的原因 存车过程吊笼的速度设定图。图中 , OABC 段和 DEFG段分别代表提升及下降过程。提升负载速度 曲线中的 BC 段回收制动动能 ; 在下放负载过程 (DEFG段) 回收重力势能 , FG段回收制动动能。 3 　二次调节提升系统的转速控制试验 试验时 , 车重约为 1 500 kg , 吊笼与配重平衡 后的重量约为 300 kg。根据吊笼的设定运行速度 , 可计算绘出二次元件的输出转速设定图。根据二次 元件的输出转速设定图进行了试验研究。图 3 是取 车过程的试验曲线 , 曲线 1 为给定曲线 , 曲线 2 为 试验曲线。试验结果表明 , 应用二次调节系统能实 现立体车库提升系统的速度要求 , 且具有良好的控 图 3 　取车过程二次元件的转速控制曲线 (a) 取车上升过程 　 (b) 取车下降过程 制特性[2 ] 。 4 　结论 通过以上分析可知 , 将二次调节静液传动技术 应用于立体车库提升系统中可以回收和重新利用系 统的制动动能和重力势能 , 减小系统的设计功率 , 具有明显的节能效果。可见 , 在能源日益紧张的今 天 , 对基于能量回收与重新利用而提出的二次调节 静液传动技术的深入研究和推广应用 , 具有重要的 现实意义。 参 　考 　文 　献 1 　蒋晓夏 , 刘庆和 1 具有能量回收与重新利用功能的二次 调节传动系统 [J ] 1 工程机械 , 1992 (8) : 27 —30 2 　刘宇辉 1 二次调节静液传动系统的双闭环控制和节能特 性的研究 [D] 1 哈尔滨 : 哈尔滨工业大学 , 1998 作 　　者 : 臧发业 地 　　址 : 济南市交校路 5 号山东交通学院科研处 邮 　　编 : 250023 收稿日期 : 2004 - 05 - 20 —03— 《起重运输机械》　2005 (4) 在液压传动系统中 , 由于某种原因引起油压在某一 瞬间急剧上升 , 形成液压的一个峰值。产生油压冲 击的原因主要有 : (1) 高速运动的部件突然制动 , 由于部件惯性 力而产生液压冲击。 (2) 高速流动的液体突然停止流动而产生的液 压冲击。 (3) 各种阀门动作不灵敏 , 也可能产生冲击。 (4) 由于气穴或气蚀而造成的压力冲击。 (5) 液压油选用不合适 (粘度太高或太低) 或 油层变质 , 造成液压冲击。 (6) 油液中混有空气或水造成的压力冲击。 (7) 高压大流量泵 , 流量脉动大 , 特别是出现 回冲脉动时也容易使液压系统出现周期性的压力冲 击。 112 　液压系统冲击振动的危害 (1) 液压冲击产生强烈的振动和噪声。 (2) 压力冲击波造成阀门、继电器等产生误动 作 , 降低系统的可靠性和安全性。 (3) 压力冲击损坏液压密封件 , 降低液压元件 的使用寿命。 (4) 液压冲击产生的振动影响设备的加工精 度。 2 　液压冲击的分析与计算 211 　运动元件突然制动时产生的液压冲击 在泵缸传动系统中 , 当活塞带动运动部件以速 度 V 运动时 , 阀门突然关闭 , 活塞及其所带的负 载受到制动力 F 的作用 , 在极短的时间Δt 内速度 由 V 突然降至零实现制动 , 根据动量定律 : FΔt = ρ mΔV (1) 式中 　ΔV ———速度的变化 此时产生的液压冲击压力为 P = F/ A = ρ mΔV/ ( AΔt) (2) 式中 　A ———活塞作用面积 　　　ρ m ———液体质量 212 　流体突然停止运动时所产生的液压冲击 21211 　流体突然停止而产生的冲击波传递速度的 计算 流体突然停止而产生冲击波 , 这个冲击波在管 道内以声速传播。冲击波的大小与传播速度有关。 在某一段由于管路的迅速关闭管内形成压力冲击 ΔP , 设原来压力为 P0 , 则管路总的压力 P = P0 +ΔΡ (3) 在原有管路压力 P0 作用下的液体体积 V = A TL T (4) 式中 　L T ———管路的长度 　　　A T ———管路断面面积 当产生液压冲击时 , 液体被压缩 , 管路受压膨 胀 , 被压缩的液体体积 ΔV =βVΔP = VΔP/ K (5) 式中 　β———液体压缩系数 　　　K———液体的体积模数 管路的膨胀体积 ΔV s = L TΔAT (6) 式中 　ΔAT ———管路面积增量 液体的体积压缩 , 管路容积的增大 , 都需要新 的液体填充这一空间。设在 t 时间内液体的速度为 V0 则有 : V0 A T t = L TΔA T + VΔP/ K (7) 由式 (4) 、(5) 和 (7) 得 V0 = a ΔA T A T + ΔP K (8) 其中设 a = L T t (冲击波的传播速度) ΔA T AT = 2πRd R πR2 = 2d R R = 2 σ E = ΔΡD δΕ (9) 式中 　σ———管道壁上的正应力 , σ= ΔPD2δ 　　　D ———管路内径 　　　δ———管路壁厚 由式 (8) 和 (9) 可得 V0 = a ΔPD δE + ΔP K = a ΔP DδE + 1 K (10) 由动量定理 　mV0 =ΔPA T t 得 V0 = ΔPA T t m = ΔPt ρL T = ΔP ρa (11) 式中 　m ———油液的质量 , m =ρATL T 　　　ρ———液体密度 由式 (10) 和 (11) 可得 a = 1 ρ× 1 1 K + D δE (12) 21212 　由能量守恒定律计算液压冲击压力 当管路突然关闭时 , 液体立即停止流动 , 这时 液体的动能转化成弹性能和热能 (热能在计算时忽 —13—《起重运输机械》　2005 (4) 图 1 　流量脉动形成的振动噪声 (a) 齿轮泵 　 (b) 轴向柱塞泵 　 (c) 叶片泵 略) , 根据能量守恒定律 1 2ρA TL TV 2 0 = 1 2 A TL TΔP 2/ K 可得 ΔΡ= KTρV0 =ρ KT/ρV0 =ρaV0 (13) 式中设液体冲击波的传递速度 a = KT/ρ (由量 纲得到) 。 以上从 2 个不同的角度得到液体冲击波的传递 速度 a。由式 (12) 和 (13) 可求出液压冲击压力 ΔP = ρ1 K + D δE V0 (14) 3 　流量脉动形成的振动噪声 齿轮泵、轴向柱塞泵、叶片泵典型噪声特性见 图 1 , 各泵性能参数见表 1。从图中可以看出 , 峰 值频率为基本频率的整数倍 , 而柱塞泵的峰值噪音 为基本频率的偶数倍 , 通过噪声分析可知齿轮泵的 噪声主要由于困油现象和齿轮轴承传动时引起的。 叶片泵主要是叶片和定子环滑动部分压力突然变化 引起的。柱塞泵主要是流量脉动和主轴承及配油盘 滑动产生的。ABC区域为产生噪声最大的区域。 表 1 　液压泵性能参数 泵的类型 排出压力 / MPa 转 　数 / min - 1 温 　度 / ℃ 备 　注 变量叶片泵 1018 1 450 40 12 叶片 轴向柱塞泵 10 1 000 58 7 柱塞 齿轮泵 14 1 460 56 4 　气蚀产生的液压冲击及液压泵有效吸入 高度的计算 　　在液压泵的入口处流速大、压力低。当压力小 于空气在液压油中的饱和蒸汽压力时 , 一方面液体 将游离成气泡 , 另一方面液体汽化形成气泡 , 这种 油汽混合体在周围压力冲击下迅速破裂、凝结的变 化 , 在瞬间产生局部高压 , 引起强烈的冲击振动和 噪声 , 形成气蚀现象 , 产生局部压力冲击。以液体 的饱和蒸汽压力 Hs 为临界气蚀条件计算有效吸入 高度 Hx。液压泵发生气蚀的临界状态 Hx ≤HS - v 2 x 2 g - hx (15) 式中 　Hx ———吸入高度 　　　HS ———饱和蒸汽压力 　　　hx ———吸入管路中油液的摩擦损失 　　　vx ———吸入管中液体流速 5 　结论 通过以上分析可知控制和消除液压系统的冲 击、振动主要应采取以下措施 : (1) 设计合理的缓冲回路是减少 和控制液压冲击的有效方法 ; (2) 采用弹性模量小的管路材 料 , 如胶管、铜管等 ; (3) 加大 管路内径及壁厚 , 缩短管路长 度 ; (4) 确定合适的油液 , 加入 合适的添加剂 , 提高油液防腐、 消泡能力 ; (5) 加强密封 , 防止 空气吸入 ; (6) 选择合适的启 动、停止时间 , 以缓解启动和停车的冲击。 作 　　者 : 林晓磊 地 　　址 : 山东省泰安市山东科技大学机械工程系 邮 　　编 : 271021 收稿日期 : 2004 - 12 - 23 太重集团获得 3 亿元铸造起重机的大定单 近日 , 太重集团公司凭借其雄厚的技术实力 和一流的产品质量 , 一举中标太钢新建不锈钢工 程 16 台铸造起重机设计制造 合同 劳动合同范本免费下载装修合同范本免费下载租赁合同免费下载房屋买卖合同下载劳务合同范本下载 , 合同额近 3 亿 元 , 此合同也是该集团公司有史以来一次性订货 金额最大的定单。太重集团公司经过近年来的发 展 , 已经在国内大铸造起重机领域处于主导地位。 —23— 《起重运输机械》　2005 (4)