浅谈液压冲击及其防治措施

襄阳汽车职业技术学院 胡云林

浅谈液压冲击及其防治措施

襄阳汽车职业技术学院 胡云林

1 液压冲击现象分析

在液压系统中，当快速地换向或关闭液压回路时，会使液流速度急速地改变（变向或停止）。由于流动液体的惯性或运动部件的惯性，会使系统内的压力发生突然升高或降低，这种现象称为液压冲击（又称为水锤现象）。

首先讨论一下水锤现象的发展过程。如图1所示，为某液压传动油路的一部分。管路A的入口端装有蓄能器，出口端装有快速电磁换向阀。当换向阀打开时，管中液体的流速为vo，压力为po，现在来研究当阀门突然关闭时，阀门前及管中压力变化的规律。

图1 液压冲击的液压传动油路分析

当阀门突然关闭时，如果认为液体是不可压缩的，则管中整个液体将如同刚体一样同时静止下来。但实验证明并非如此，事实上只有紧邻着阀门的一层厚度为△l的液体于△t时间内首先停止流动。之后，液体被压缩，压力增高△p，同时管壁亦发生膨胀。在下一个无限小时间△t段后，紧邻着的第二层液体层又停止下来，其厚度亦为△l，也受压缩，同时这段管子也发生了膨胀。依此类推，第三层、第四层液体逐层停止下来，并产生增压。这样就形成了一个高压区和低压区分界面（称为增压波面），它以速度c从阀门处开始向蓄能器方向传播。

在阀门关闭tl＝l／c时刻后，如图2所示，水锤压力波面到达管路入口处。这时，在管长l中全部液体都已依次停止流动，而且液体处在压缩状态下。这时来自管内方面的压力较高，而在蓄能器内的压力较低。显然这种状态是不能平衡的，可见管中紧邻入口处第一层的液体将会以速度vo冲向蓄能器中。与此同时，第一层液体层结束了受压状态，水锤压力△p消失，恢复到正常情况下的压力，管壁也恢复了原状。这样，管中的液体高压区和低压区的分界面即减压波面，将以速度c自蓄能器向阀门方向传播。

在阀门关闭t2＝2l／c时刻后，全管长l内的液体压力和体积都已恢复了原状。这时要特别注意，在t2＝2l／c时刻末，紧邻阀门的液体由于惯性作用，仍然企图以速度v0向蓄能器方向继续流动。这样就使得紧邻阀门的第一层液体开始受到“拉松”，因而使压力突然下降△p。同样第二层、第三层依次放松，就形成了减压波面，但仍以速度c向蓄能器方向传去。当阀门关闭t3＝3l／c时刻后，减压波面到达水管入口处，全管长的液体处于低压而且是静止状态。这时蓄能器中的压力高于管中压力，当然不能保持平衡。在这一压力差的作用下，液体必然由蓄能器流向管路，使紧邻管路入口的第一层液体层首先恢复到原来正常情况下的速度和压力。这种情况依次一层一层地以速度c由蓄能器向阀门方向传播，直到经过t4＝4l／c时传到阀门处。这时管路内的液体完全恢复到原来的正常情况，液流仍以速度vo由蓄能器流向阀门。这种情况和阀门未关闭之前完全相同。因为现在阀门仍在关闭状态，故此后将重复上述4个过程。如此周而复始地传播下去，如果不是由于液体阻力和管壁变形消耗了一部分能量，这种情况将会永远继续下去。

图2 在理想情况下冲击压力的变化规律

实际上，由于液压阻力及管壁变形需要消耗一定的能量，因此它是一个逐渐衰减的复杂曲线。

2 液压冲击的危害及防治措施

液压冲击的危害是很大的。液压系统中的很多元部件如管道、仪表等会因受到过高的液压冲击力而遭到破坏。液压系统的可靠性和稳定性也会受到液压冲击的影响，如压力继电器会因液压冲击而发出错误信号，干扰液压系统的正常工作。液压系统在受到液压冲击时，还会产生振动和噪声。因此在液压系统设计时要考虑这些因素，应当尽量减少液压冲击的影响。为此，一般采用如下措施：

缓慢关闭阀门，削减冲击波的强度。

在阀门前设置蓄能器，以减少冲击波的传播距离。

将管中流速限制在适当的范围内，或采用橡胶软管，也可以减小液压冲击。

在系统中安装安全阀，可起卸载作用。

2013－11－09）