淺談液壓沖擊及其防治措施

襄陽汽車職業技術學院 胡云林

淺談液壓沖擊及其防治措施

襄陽汽車職業技術學院 胡云林

1 液壓沖擊現象分析

在液壓系統中，當快速地換向或關閉液壓回路時，會使液流速度急速地改變（變向或停止）。由于流動液體的慣性或運動部件的慣性，會使系統內的壓力發生突然升高或降低，這種現象稱為液壓沖擊（又稱為水錘現象）。

首先討論一下水錘現象的發展過程。如圖1所示，為某液壓傳動油路的一部分。管路A的入口端裝有蓄能器，出口端裝有快速電磁換向閥。當換向閥打開時，管中液體的流速為vo，壓力為po，現在來研究當閥門突然關閉時，閥門前及管中壓力變化的規律。

圖1 液壓沖擊的液壓傳動油路分析

當閥門突然關閉時，如果認為液體是不可壓縮的，則管中整個液體將如同剛體一樣同時靜止下來。但實驗證明并非如此，事實上只有緊鄰著閥門的一層厚度為△l的液體于△t時間內首先停止流動。之后，液體被壓縮，壓力增高△p，同時管壁亦發生膨脹。在下一個無限小時間△t段后，緊鄰著的第二層液體層又停止下來，其厚度亦為△l，也受壓縮，同時這段管子也發生了膨脹。依此類推，第三層、第四層液體逐層停止下來，并產生增壓。這樣就形成了一個高壓區和低壓區分界面（稱為增壓波面），它以速度c從閥門處開始向蓄能器方向傳播。

在閥門關閉tl＝l／c時刻后，如圖2所示，水錘壓力波面到達管路入口處。這時，在管長l中全部液體都已依次停止流動，而且液體處在壓縮狀態下。這時來自管內方面的壓力較高，而在蓄能器內的壓力較低。顯然這種狀態是不能平衡的，可見管中緊鄰入口處第一層的液體將會以速度vo沖向蓄能器中。與此同時，第一層液體層結束了受壓狀態，水錘壓力△p消失，恢復到正常情況下的壓力，管壁也恢復了原狀。這樣，管中的液體高壓區和低壓區的分界面即減壓波面，將以速度c自蓄能器向閥門方向傳播。

在閥門關閉t2＝2l／c時刻后，全管長l內的液體壓力和體積都已恢復了原狀。這時要特別注意，在t2＝2l／c時刻末，緊鄰閥門的液體由于慣性作用，仍然企圖以速度v0向蓄能器方向繼續流動。這樣就使得緊鄰閥門的第一層液體開始受到“拉松”，因而使壓力突然下降△p。同樣第二層、第三層依次放松，就形成了減壓波面，但仍以速度c向蓄能器方向傳去。當閥門關閉t3＝3l／c時刻后，減壓波面到達水管入口處，全管長的液體處于低壓而且是靜止狀態。這時蓄能器中的壓力高于管中壓力，當然不能保持平衡。在這一壓力差的作用下，液體必然由蓄能器流向管路，使緊鄰管路入口的第一層液體層首先恢復到原來正常情況下的速度和壓力。這種情況依次一層一層地以速度c由蓄能器向閥門方向傳播，直到經過t4＝4l／c時傳到閥門處。這時管路內的液體完全恢復到原來的正常情況，液流仍以速度vo由蓄能器流向閥門。這種情況和閥門未關閉之前完全相同。因為現在閥門仍在關閉狀態，故此后將重復上述4個過程。如此周而復始地傳播下去，如果不是由于液體阻力和管壁變形消耗了一部分能量，這種情況將會永遠繼續下去。

圖2 在理想情況下沖擊壓力的變化規律

實際上，由于液壓阻力及管壁變形需要消耗一定的能量，因此它是一個逐漸衰減的復雜曲線。

2 液壓沖擊的危害及防治措施

液壓沖擊的危害是很大的。液壓系統中的很多元部件如管道、儀表等會因受到過高的液壓沖擊力而遭到破壞。液壓系統的可靠性和穩定性也會受到液壓沖擊的影響，如壓力繼電器會因液壓沖擊而發出錯誤信號，干擾液壓系統的正常工作。液壓系統在受到液壓沖擊時，還會產生振動和噪聲。因此在液壓系統設計時要考慮這些因素，應當盡量減少液壓沖擊的影響。為此，一般采用如下措施：

緩慢關閉閥門，削減沖擊波的強度。

在閥門前設置蓄能器，以減少沖擊波的傳播距離。

將管中流速限制在適當的范圍內，或采用橡膠軟管，也可以減小液壓沖擊。

在系統中安裝安全閥，可起卸載作用。

2013－11－09）