掘进机行走机构液压系统液压冲击的分析与处理

2013-03-20王志武

机床与液压 2013年4期

王志武

(天地科技股份有限公司上海分公司，上海200030)

在液压系统中，油路很快地换向或突然关闭，由于流动液体的惯性和运动部件的惯性，使系统压力急剧上升造成压力冲击，这种现象称为液压冲击。根据能量守恒定律，液体的瞬时动能全部转变成压力能时，该冲击压力可达正常工作压力的3～4倍。液压冲击会引起机器振动，导致密封件、油管和液压元件损坏，并可使某些液压元件(压力继电器、顺序阀等)产生误动作。

设计液压系统时，大家都会很重视系统原理图中明显会产生液压冲击的部分，会尽量予以避免;但对隐性的、可能产生液压冲击的部分却疏以考虑。掘进机行走机构液压系统的液压冲击现象就是一个例子。

1 问题的由来

图1是20世纪90年代国内典型的掘进机行走机构液压系统，现在在小功率掘进机上使用还很普遍。

系统中阀1换向时，油压p1作用在液压马达上，同时液压油也通过阀2进入并打开制动器，液压马达旋转驱动齿轮箱，然后通过链轮带动履带行走。对该系统进行调试时，发现系统软管抖动很厉害，并伴有频率很快的击打声，液压冲击现象明显。

图1 行走机构液压系统简图1

2 原因分析

行走机构空运行时，所需压力为3～4 MPa 左右，而实测打开制动器时阀2的进口压力为3 MPa 左右，与行走机构空运行时的压力太接近。行走机构的启动压力大于空运行压力，但启动后的惯性使压力瞬间降到3MPa以下，使制动器趋于关闭，这时行走机构制动，随即压力升高再次打开制动器，行走机构运行，如此反反复复造成液压冲击。

3 解决方案

这是一个行走机构空运行压力与制动器开启压力互相干扰的问题。要排除此干扰有很多方法:

(1)降低制动器的开启压力，这要减少制动力矩，而且要修改制动器，显然不合适;

(2)在回油路上增加背压，提高行走机构空运行压力;

(3)选用负载反馈式比例换向阀，提高进入制动器的油压，保证打开制动器;

(4)把制动器油源与液压马达油源分开。下面介绍其中的两个解决方案。

3.1 将制动器油源与液压马达油源分开

由于图1中的阀1是液动换向阀，一般用先导阀来使其换向，而先导阀通常是单独油源，因此改用先导阀油源打开制动器是个可行的办法，见图2。

图2 行走机构液压系统简图2

图2中，压力为p1的油源是进入液压马达的油源，压力为p2的油源是阀5的油源。压力为p2的液压油进入阀5 推动阀1换向的同时，又通过阀2进入并打开制动器，压力为p1的液压油进入液压马达驱动行走机构。由于进入制动器的是单独油源，p1的波动丝毫不影响p2，所以在阀1换向期间，p2使制动器始终处于开启状态，p1也一直作用在液压马达上使其旋转驱动行走机构运行，这就解决了行走机构空运行压力与制动器开启压力互相干扰的问题。

3.2 同一油源下的解决办法

进入21世纪以来，国外大量先进的液压技术、液压元部件涌入国内，使液压系统的设计思路发生了很大的变化。许多可供选择的、先进的液压元部件使液压系统的设计更可靠、性能更优越。图3是用负载反馈式比例换向阀组成的行走机构液压系统原理图。

图3 行走机构液压系统简图3

图3中，阀1是负载反馈式比例换向阀，阀的头片有1个减压阀、1个溢流阀和1个三通流量控制阀。油压p 作用在阀1，从阀1出去作用在液压马达上的压力为p':p=p'+0.9 MPa其中:0.9 MPa是三通流量控制阀换向时克服弹簧力的初始压力。

行走机构空运行时所需最低压力为3 MPa 左右，该压力作用在液压马达的同时，通过阀2将阀5打开，阀5的换向压力很小，故在行走机构空运行时阀5 始终处于打开状态，该油压又通过阀1里的梭阀同时作用在阀头片的三通流量控制阀弹簧侧，于是从减压阀出去的油压为3.9 MPa 左右(减压阀设定压力为4 MPa，不大于4 MPa的压力就不减压了)，该压力裕量较大，通过阀5 (阀5的通流压损很小)始终作用在制动器上使其开启，足以避免由于行走机构启动后的惯性使压力瞬间下降的影响，解决了行走机构空运行压力与制动器开启压力互相干扰的问题。

选用阀5时要重视其切换压力的大小，尽可能选低一些的，假如切换压力接近3 MPa，当启动后的惯性使行走机构的空运行压力略低于3 MPa时，阀5 会关闭，阻断了从减压阀出去的油源，同样会发生上述压力互相干扰的问题。