煤礦機械中液壓沖擊的機理分析和控制方法

王秋里

摘要：本文先對煤礦機械所使用液壓支架的液壓系統(tǒng)的沖擊原理進行了剖析，繼而以此為基礎闡述了關于引起液壓系統(tǒng)形成液壓沖擊的主要原因——油液流速突變的相關問題，并以液壓支架所具有的使用特點為依據(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。

關鍵詞：煤礦機械 液壓沖擊 機理分析 控制方法

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

伴隨著科學技術的不斷發(fā)展，液壓傳動技術已經(jīng)被廣泛的應用在各個工程領域之中。與傳統(tǒng)的機械傳統(tǒng)或電力傳統(tǒng)相比，液壓傳動在具有突出優(yōu)點的同時也具有不可避免的缺點，其中最主要的就是液壓沖擊。液壓沖擊就是指在關閉管道或開啟開啟管道時，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)設備的振動和噪聲，致使執(zhí)行元件產(chǎn)生錯誤動作，導致油管出現(xiàn)破裂。

1 煤礦機械中液壓沖擊的產(chǎn)生機理

1.1管路中的液壓沖擊

煤礦機械的液壓系統(tǒng)中，如果突然關閉閥門就會導致以流動速度V1做定性運動的液壓油液在鄰近的閥門處停止流動，液壓油液會因為壓力的機具上而瞬間壓縮。隨后，離閥門相對較遠的油液也會陸續(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)的所有油液停止運動并呈現(xiàn)壓縮狀態(tài)，導致壓力急劇升高：

△p＇=Cρ（V1-V2） （1）

在該公式中，V1為煤礦機械液壓管內(nèi)油液的原流速；V2為通道閥門關閉后油液的流速，需要注意的是在瞬時關閉的情況下，流速V2=0。通過這一個公式我們不難發(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，如果閥門在關閉時所消耗的時間小于壓力波往返一次所消耗的時間，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)閥門的關閉看成瞬時完成，因此，在公式（2）中，tc是臨界的關閉時間，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。對于煤礦機械來說，系統(tǒng)壓力升高除了和△p有關之外，還與閥門的穩(wěn)定壓力值、關閉時間以及液壓管的長度等因素有關。由此可見，煤礦機械在運行過程中，如果瞬時關閉操縱閥，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導致煤礦機械中出現(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致煤礦機械出現(xiàn)液壓沖擊：第一，在液壓系統(tǒng)中，因為其處于閉環(huán)的狀態(tài)之中，所以如果排油管路被突然關閉，就會導致液壓馬達在慣性的作用下繼續(xù)運轉，致使壓力急劇升高，從而導致液壓沖擊；第二，壓力閥發(fā)生故障或調整不當也會導致液壓沖擊；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行有效地控制。

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

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

（3）可以在液壓支架上設置溢流閥。通過溢流閥能夠有效的增加阻尼的系數(shù)，加強對動能的消耗，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，還要加強對安全閥的工作壓力的限制系統(tǒng)壓力峰值的調試，確保其能夠符合安全閥的需要。

（4）在關閉閥門時，要盡可能的延長閥門的關閉時間，并保證開關閥門的動作平穩(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械化采煤工作面的主進液管的管道直徑，這樣的措施能夠有效的增加高壓的有關截面積，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)進液管來說，其是管直徑為Φ25的高壓進液管，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，使煤礦機械的液壓系統(tǒng)能夠保持在一個較高的頻率之下，此外還可以通過蓄能器來見液壓系統(tǒng)的壓力峰值。

3 結語

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

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