煤礦機(jī)械中液壓沖擊的機(jī)理分析和控制方法

王秋里

摘要：本文先對煤礦機(jī)械所使用液壓支架的液壓系統(tǒng)的沖擊原理進(jìn)行了剖析，繼而以此為基礎(chǔ)闡述了關(guān)于引起液壓系統(tǒng)形成液壓沖擊的主要原因——油液流速突變的相關(guān)問題，并以液壓支架所具有的使用特點(diǎn)為依據(jù)介紹了提出了改變液壓元件可靠性和通過增加蓄能器、乳化液泵的柱塞數(shù)、增加液壓管路截面積等方法來解決系統(tǒng)壓力的最大瞬間值帶來的一系列問題，有效地避免了液壓支架的液壓沖擊。

關(guān)鍵詞：煤礦機(jī)械 液壓沖擊 機(jī)理分析 控制方法

中圖分類號：TD4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）10（b）-0075-01

伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，液壓傳動技術(shù)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在各個(gè)工程領(lǐng)域之中。與傳統(tǒng)的機(jī)械傳統(tǒng)或電力傳統(tǒng)相比，液壓傳動在具有突出優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)也具有不可避免的缺點(diǎn)，其中最主要的就是液壓沖擊。液壓沖擊就是指在關(guān)閉管道或開啟開啟管道時(shí)，管道內(nèi)的液體壓力發(fā)生劇烈變化并呈現(xiàn)交替升降的波動的過程。液壓沖擊能夠直接對密封裝置和液壓元件造成損壞，引發(fā)設(shè)備的振動和噪聲，致使執(zhí)行元件產(chǎn)生錯(cuò)誤動作，導(dǎo)致油管出現(xiàn)破裂。

1 煤礦機(jī)械中液壓沖擊的產(chǎn)生機(jī)理

1.1管路中的液壓沖擊

煤礦機(jī)械的液壓系統(tǒng)中，如果突然關(guān)閉閥門就會導(dǎo)致以流動速度V1做定性運(yùn)動的液壓油液在鄰近的閥門處停止流動，液壓油液會因?yàn)閴毫Φ臋C(jī)具上而瞬間壓縮。隨后，離閥門相對較遠(yuǎn)的油液也會陸續(xù)停止流動，升高的壓力值會以速度C向相反的方向傳遞，最終使液壓管內(nèi)的所有油液停止運(yùn)動并呈現(xiàn)壓縮狀態(tài)，導(dǎo)致壓力急劇升高：

△p＇=Cρ（V1-V2） （1）

在該公式中，V1為煤礦機(jī)械液壓管內(nèi)油液的原流速；V2為通道閥門關(guān)閉后油液的流速，需要注意的是在瞬時(shí)關(guān)閉的情況下，流速V2=0。通過這一個(gè)公式我們不難發(fā)現(xiàn)，C和ρ的初始值都是定值，液壓系統(tǒng)的壓力升高值和液壓管內(nèi)的油液的流速則是正比例關(guān)系。由此可見，要想有效地控制液壓沖擊，可以通過降低管道內(nèi)油液的初始流動速度V1，即增加管道的橫截面積來減小液壓沖擊時(shí)的壓力峰值，降低液壓沖擊所造成的影響。

此外，如果閥門在關(guān)閉時(shí)所消耗的時(shí)間小于壓力波往返一次所消耗的時(shí)間，即：

t≤tc=2L/C （2）

則公式（1）成立，即直接液壓沖擊。由于可以將系統(tǒng)閥門的關(guān)閉看成瞬時(shí)完成，因此，在公式（2）中，tc是臨界的關(guān)閉時(shí)間，對于相對較短的液壓油管來說，公式（2）所描述的情況是不存在的。對于煤礦機(jī)械來說，系統(tǒng)壓力升高除了和△p有關(guān)之外，還與閥門的穩(wěn)定壓力值、關(guān)閉時(shí)間以及液壓管的長度等因素有關(guān)。由此可見，煤礦機(jī)械在運(yùn)行過程中，如果瞬時(shí)關(guān)閉操縱閥，就會引起系統(tǒng)的最大壓力波動值，并可以通過公式（1）來求的該數(shù)值，而△p則是最大波動壓力。

1.2導(dǎo)致煤礦機(jī)械中出現(xiàn)液壓沖擊的其他原因

初上上述的原因之外，以下各種情況也會導(dǎo)致煤礦機(jī)械出現(xiàn)液壓沖擊：第一，在液壓系統(tǒng)中，因?yàn)槠涮幱陂]環(huán)的狀態(tài)之中，所以如果排油管路被突然關(guān)閉，就會導(dǎo)致液壓馬達(dá)在慣性的作用下繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，致使壓力急劇升高，從而導(dǎo)致液壓沖擊；第二，壓力閥發(fā)生故障或調(diào)整不當(dāng)也會導(dǎo)致液壓沖擊；第三，油溫過高、系統(tǒng)中存在有大量的空氣等情況也會使出現(xiàn)液壓沖擊。

2 控著液壓沖擊的有效措施

對于煤礦機(jī)械來說，不可能完全避免液壓沖擊的影響，只能夠通過有效的措施來降低液壓沖擊對機(jī)械造成的影響。通過對液壓沖擊的分析，我們可以采取如下措施來對其進(jìn)行有效地控制。

（1）必須要確保高壓油液膠管接頭的鎖的質(zhì)量，防止其在液壓沖擊的影響下出現(xiàn)膠管崩裂現(xiàn)象而導(dǎo)致泄壓。

（2）可以在液壓也同的進(jìn)液處增設(shè)求球型截止閥，以此來實(shí)現(xiàn)減小油液流量、降低油液流速的目的，從而實(shí)現(xiàn)減小壓力順便的目的。

（3）可以在液壓支架上設(shè)置溢流閥。通過溢流閥能夠有效的增加阻尼的系數(shù)，加強(qiáng)對動能的消耗，并能夠有效地將乳化液送入油腔，以此來降低空穴現(xiàn)象發(fā)生的概率。此外，還要加強(qiáng)對安全閥的工作壓力的限制系統(tǒng)壓力峰值的調(diào)試，確保其能夠符合安全閥的需要。

（4）在關(guān)閉閥門時(shí)，要盡可能的延長閥門的關(guān)閉時(shí)間，并保證開關(guān)閥門的動作平穩(wěn)。通過這樣的措施，液壓系統(tǒng)中的直接的液壓沖擊可以被有效的轉(zhuǎn)化為間接的液壓沖擊，有效地降低了沖擊對液壓系統(tǒng)造成的危害。

（5）在保證煤礦機(jī)械的液壓系統(tǒng)能夠正常工作的前提下，可以增加煤礦綜合機(jī)械化采煤工作面的主進(jìn)液管的管道直徑，這樣的措施能夠有效的增加高壓的有關(guān)截面積，減小油液的流動速度，降低壓力的瞬變值；還可以增加煤礦綜合機(jī)械化采煤工作面的主回液管的管道直徑，來降低會也阻尼，使壓力的瞬變數(shù)值降低。例如，對于ZYG3200A/13/32或ZZY3300/15/33液壓系統(tǒng)進(jìn)液管來說，其是管直徑為Φ25的高壓進(jìn)液管，為了能有效地降低液壓沖擊造成的影響，可以將其更換為管道直徑是Φ32的高壓進(jìn)液管，回液管也可以用管道直徑為Φ38的高壓回液管代替原有的管道直徑為Φ32的高壓回液管。除此之外，還可以通過合理使用橡膠軟管來吸收動能。

最后，還可以通過增加乳化液泵的柱塞數(shù)來降低系統(tǒng)壓力的脈動，使煤礦機(jī)械的液壓系統(tǒng)能夠保持在一個(gè)較高的頻率之下，此外還可以通過蓄能器來見液壓系統(tǒng)的壓力峰值。

3 結(jié)語

綜上所述，對于煤礦機(jī)械的液壓系統(tǒng)來說，其是不可能完全避免液壓沖擊的影響的。因此，相關(guān)的工作人員必須要認(rèn)真研究煤礦機(jī)械的使用特性，對液壓沖擊的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行仔細(xì)的分析，并以分析的結(jié)果為基礎(chǔ)，選取增加蓄能器、增加液壓元件的可靠性或增加進(jìn)液管和回液管的管道直徑來降低液壓沖擊對機(jī)械和液壓系統(tǒng)的影響。只有這樣才能有減少不必要的經(jīng)濟(jì)損失，確保煤礦工作的工作效率。

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