液压系统中液压冲击产生的原因及预防措施

李正祥

(重庆工程职业技术学院 机械工程学院，重庆 400037)

液压系统中液压冲击产生的原因及预防措施

李正祥

(重庆工程职业技术学院 机械工程学院，重庆 400037)

介绍了管路中流动的液体因液流速度突变、运动部件被制动或换向引起的液压冲击，分析了产生液压冲击的原因及危害，提出了预防液压冲击的措施，对提高液压系统工作的可靠性和稳定性提供了理论依据。

液压系统；液压冲击；原因；预防措施

在液压系统中，当液体流动方向突然改变或停止时，液体流动速度发生急剧变化。由于流动液体的惯性和运动部件的惯性，使系统中的压力在某一瞬间突然急剧上升，形成一个压力峰值，这种现象称为液压冲击[1]。液压冲击形成的瞬时压力峰值称为冲击压力，其值是正常工作压力的3～4倍。它不仅会引起系统产生巨大的振动和噪声，恶化工作条件，导致密封装置、管路和液压元件损坏，还会引起某些液压元件产生误动作，破坏系统的工作循环，降低设备的工作质量或造成设备的损坏。因此，研究液压冲击产生的原因及危害，采取减小和预防液压冲击的措施，对提高液压系统的工作稳定性和工作性能有着重要的意义。

1 液压冲击产生的原因

1.1 阀口迅速关闭时产生的液压冲击

在液压系统中，图1为液压管路的某一部分，在管道的一端装有较大的容腔(如液压缸、液压马达、储能器等)与管道连接，在管道的另一输出端装有一个阀门K。当阀门开启时，管道中的液体以流速ν流过，若不考虑管道中的压力损失，管路中的压力均等于p(因容腔的容积较大)。当阀门迅速关闭时，液流不能再从输出端排出，在这一瞬间，靠近阀门K处的液体立即停止运动使流速降为零，液体被高度压缩，根据能量守恒定律，这时液体的动能转变为液体的压力能，从而使液体的压力急剧上升而产生液压冲击。这一压力冲击波以高速(即液体介质中的声速，实验得知，矿物油中声速为1 330 m/s)在管内往复传递，使管路中压力不断振荡。但由于管路的弹性变形和液压阻力的影响，压力冲击波将逐渐衰减，最后趋向稳定，其冲击压力与时间的关系曲线如图2所示[2]。

图1 流速突变引起的液压冲击

图2 冲击压力与时间的关系曲线图

1.2 运动部件制动时产生的液压冲击

在液压系统中，高速运动工作部件的惯性力也会引起系统产生液压冲击。设运动部件的总质量为Σm，运动速度为ν0[3]，当液压缸的运动部件被制动时，运动部件由于惯性作用仍在向前运动，经过一段时间后运动才能完全停止，使液压缸内和管道中的压力急剧上升而产生液压冲击。这时运动部件的动能被回油腔中液体所形成的液体弹簧所吸收，若不考虑损失，可认为这两部分能量相等，经推导可得出冲击压力Δp的表达式为：

式中：Δp为冲击压力，单位为N/m2;Σm为运动部件的总质量，单位为kg;ν0为运动部件的运动速度，单位为m/s;E为液体的体积弹性模量，单位为N/m2;V为回油腔容积，单位为m3。

由上式可知，运动部件质量越大、运动速度越快，制动时产生的冲击压力也就越大。

1.3 缓冲装置失灵时产生的液压冲击

1)可变节流槽式缓冲装置。在内圆磨床上，液压缸的缓冲装置结构如图3所示，在缓冲柱塞上开有三角节流沟槽[4]，当活塞移动到右端时，活塞上的缓冲柱塞进入端盖缓冲孔内，使端盖缓冲孔内的油液只能经缓冲柱塞上的三角节流沟槽流回油箱，使活塞受到制动缓冲作用。随着活塞的运动，三角节流沟槽通流面积逐渐减小，缓冲作用逐渐增强，从而使缓冲压力变化比较平稳。当缓冲柱塞外圆与液压缸端盖缓冲孔因磨损而配合间隙增大时，三角节流沟槽不起缓冲作用，便形成较大的液压冲击[4]。

2)带节流阀的缓冲装置。在组合机床上，液压缸的缓冲装置结构如图4所示，当活塞移动到右端时，活塞上的缓冲柱塞与端盖缓冲孔因配合间隙较小，无缓冲油液通过[5]，端盖缓冲孔内的油液只能经节流阀流回油箱，使活塞受到制动缓冲作用。调节节流阀的通流面积，可以改变回油流量，从而改变活塞缓冲减速时的速度，实现缓冲。如果节流阀调整不当或堵塞，也将会产生较大的液压冲击。

图4 带节流阀的缓冲装置结构图

1.4 液压元件动作不灵敏时产生的液压冲击

在液压系统中溢流阀作安全阀使用时，当系统过载使压力升高，溢流阀反应迟钝，不能及时迅速打开，会导致系统管道内压力急剧升高而产生液压冲击;限压式自动调节的变量液压泵，当油压升高不能及时减小输出流量时，也会使系统产生液压冲击。

2 液压冲击的预防措施

液压冲击危害极大，根据其产生的原因，可采取适当措施来防止和减小液压冲击的产生，常用的预防措施有：

1)延长阀门开闭时间和运动部件的制动时间。液压系统使用情况表明，当运动部件的制动时间大于0.2 s，就能大大降低液压冲击。

2)限制管路中液体的流速。适当增大管径或采用橡胶软管，尽量缩短管道的长度、避免不必要的管道弯曲，均能减小液压冲击。

3)限制运动部件的运动速度。在液压系统中用液控换向阀换向时，可使被控阀芯一端的排油经节流装置(单向节流阀)控制液压缸端部的排油速度，以减慢换向阀阀芯的移动速度，即延长速度变化时间，使活塞运动到液压缸端部停止时平稳无冲击。

4)设置蓄能器。在液压控制阀的前面安装蓄能器，以缩短压力冲击波的传播距离，使控制阀突然关闭或换向所引起的冲击压力得到吸收，以降低冲击压力峰值，如图5所示。蓄能器安装在液压泵的出口处，可吸收液压泵的压力脉动。

5)设置安全阀。在液压缸的入、出口处安装安全阀，使调整压力高于液压缸额定压力的5～15，以限制活塞在行程中停止或换向时所产生的液压冲击。

图5 用蓄能器吸收液压冲击

3 结束语

液压系统中液压冲击产生的原因是复杂多样的，但其本质原因是液体流速的突变。要减小液压冲击对液压系统造成的危害，一方面要设法降低液流速度的突变;另一方面要设法吸收或释放冲击能量，防止瞬时压力的剧增[6]。另外，要重视对液压系统的维护保养，消除潜在的因素;对液压系统出现的故障要及时进行分析和处理，将其危害降到最低程度，确保液压系统运行的高效性，提高液压系统工作的可靠性。

[1]梁兴义，徐蒙良.液压传动与采掘机械[M].北京：煤炭工业出版社，1997.

[2]王懋瑶.液压系统故障判断与排除方法[M].天津：天津科学技术出版社，1985.

[3]俞启荣.液压传动[M].北京：机械工业出版社，1995.

[4]张宏友.液压与气动技术[M].大连：大连理工大学出版社，2009.

[5]史纪定，嵇光国.液压系统故障诊断与维修技术[M].北京：机械工业出版社，1990.

[6]朱新才，周秋沙，周雄，等.液压与气动技术[M].重庆：重庆大学出版社，2008.

Reasons and Precautions to Cause Hydraulic Shock in Hydraulic System

LIZhengxiang
(Department of Electromechanical，Chongqing Vocational Institute of Engineering，Chongqing 400037，China)

This paper introduces the hydraulic shock resulted from the liquid velocitymutation of the flow liquid in the pipe andmoving parts brake or exchange，analyzes the reasons to cause hydraulic and hazards of it，and proposes precautions of hydraulic shock which provides a basis for improving the reliability and stability of hydraulic system.

gydraulic system;hydraulic impact;reasons;precautions

TH137

A

10.3969/j.issn.1672_4550.2014.01.006

2013_03_28；修改日期：2013_06_04

李正祥（1954_），男，副教授，主要从事液压与气动技术方面的科研和教学工作。