残极加料液压系统振动产生原因及优化

赵俊岳

摘要：根据现场实际，论述转炉残极加料液压系统产生振动的原因及危害，并详细介绍解决的方法。

关键词： 液压冲击 阻尼调节 工况匹配

1. 前言

液压振动也叫液压冲击，是液压系统普遍存在的问题，我公司转炉残极加料液压系统在调试初期就出现，厂家多次调试后仍存在较大振动，导致管夹松动、接头漏油等故障，我从专业角度出发，在现场人员的配合下，已完美解决该问题，保障生产顺利进行，下面从以下几方面论述液压冲击产生的原因、危害及解决办法。

二、液压冲击产生原因及危害

1、产生原因：

液压冲击主要发生在突然启动、停机、变速或换向时，在阀口突然关闭或动作突然停止时，由于流动液体和运动部件惯性的作用，此时油液流动的动能将转化为油液的挤压能,使系统内瞬时形成很高的峰值压力，从而产生冲击，具体产生原因主要有以下几点：

（1）、管路中阀口突然关闭

阀门开启时设管路中压力恒定不变，若阀门突然关死，则管路中流体立即停止运动，此时油液流动的动能将转化为油液的挤压能,从而使压力急剧升高,造成液压冲击。即产生完全液压冲击。液压冲击的实质主要是，管路中流体因突然停止流动而导致其动能向压能的瞬间转变。 （2）、高速运动的部件突然被制动 高速运动的工作部件的惯性力也会引起系统中的压力冲击,例如油缸部件要换向时,换向阀迅速关闭油缸原来的排油管路,这时油液不再排出,但活塞由于惯性作用仍在运动从而引起压力急剧上升造成压力冲击。液压缸活塞在行程中途或缸端突然停止或反向，主换向阀换向过快，均会产生液压冲击。 （3）、某些元件动作不够灵敏 如系统压力突然升高，但溢流阀反应迟钝，不能迅速打开时便会产生压力超高现象。

2、液压系统冲击的危害

（1）、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，一般来说液压冲击产生的峰值压力，可高达正常工作压力的3～4倍，重则使管路破裂、液压元件和测量仪表损坏，轻者也可使仪器精密度下降。 　　（2）、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。 　　（3）、液压系统在受到液压冲击时，还能引起液压系统升温，产生振动和噪声以及连接件松动、漏油，使压力阀的调整压力（设定值）发生改变。

3、我公司加料系统产生液压冲击的主要原因：

我公司残极加料液压系统原理图如下：

1. 1. 从系统原理和现场实际看，该液压系统管路长约50米，缸径大（推动缸200mm、倾转缸125mm），推动阀组采用“J”型中位机能液控换向阀，中位时腔体处于泄压状态，压力为零，大口径缸换向时，大量压力油注入，压力从零瞬间上升为系统压力（系统压力14Mp），从而产生振动。

b、该系统设计压力14Mp、流量280L/Min，压力损失按经验值30-35%估算，实际工作压力可达9 Mp，推动油缸能达到的推动力为：

F_推=P×S

F_推=14×65%MP×π（200/2）²

F_推=28T

残极正压力Fn最大按1T估算，铜铁摩擦系数μ按0.4，则摩擦力F为：

F=μFn

F=400Kg

F_推远大于F，由于该推动缸没有减压阀，系统压力必须考虑该系统需要的最大工作压力，该系统最大工况为倾转油缸，该工况为直径ø125mm双油缸，可产生11T×2=22T推力，按三组设备同时工作时相互干扰的工况看，能产生约7T的推力，实际残极加设备重量约为2T左右。

从以上计算可知，系统提供的压力远远超过工况需要的压力，在工况严重不匹配的情况下，液压能转换的挤压能必然偏大，这也是厂家一直调节推动油缸速度，但振动没有明显好转的主要原因。

2. 解决方法

对于液压冲击的解决前，必须分析清楚冲击产生的具体原因，才能做到针对性解决，常见的解决方法有：

　1、对阀门突然关闭而产生液压冲击的防治方法： ①减慢换向阀的关闭速度、增大管路半径和液体流速，这样做可以在换向阀关闭时间来减小瞬时产生的压力，避免出现液压冲击。如采用带阻尼的电液换向阀可通过调节阻尼以及控制通过先导阀的压力和流量来减缓主换向阀阀芯的换向（关闭）速度。 ②适当增大管径，减小流速，从而可减小流速的变化值，以减小缓冲压力；缩短管长，避免不必要的弯曲；采用软管也可获得良好减缓液压冲击的效果。 ③在滑阀完全关闭前降低液压油的流速。如改进换向阀控制边界的结构（在阀芯的棱边上开出长方形或V形槽或将其做成锥形），液压冲击可大为减小。 ④在容易产生液压冲击能力的地方设置蓄能器。蓄能器不但能缩短压力波的传播距离、时间，还能吸收压力冲击。 2、对运动部件突然制动、减速或停止而产生液压冲击的防治方法 ① 采取措施适当延长制动时间。 ② 在液压缸端部设置缓冲装置，行程终点安装减速阀，能缓慢地关闭油路，缓解液压冲击。 ③ 在液压缸端部设置缓冲装置（如

单向节流阀）控制排油速度，可使活塞到液压缸地端部停止时，平稳无冲击。 ④ 在液压缸回油控制油路中设置平衡阀或背压阀，以控制工作装置下降时或水平运动时的冲击速度，并可适当调高背压压力。 ⑤ 采用橡胶软管吸收液压冲击能量，降低液压冲击力。 ⑥ 在易产生液压冲击的管路上设置蓄能器，以吸收冲击压力。 ⑦ 采用带阻尼的液压转向阀，并调大阻尼值（即关小两端的单向节流阀）。 ⑧ 正确设计有关阀口的形状，使运动部件在制动时速度的变化比较缓慢、一致。 ⑨重新选配活塞或更换活塞密封圈，并适当降低工作压力，可减轻或消除液压冲击现象。 3、通过电气控制方式预防液压冲击的方法 ① 启动液压阀时先输出电磁阀控制信号，然后输出系统压力流量控制信号，关闭液压阀时先清零系统压力控制信号，然后再关闭液压阀控制信号，这样就可以保证开关液压阀时系统环境是低压或者是无压状态，可以有效降低液压冲击。在此过程中增加的延时环节一般取0.1秒(100毫秒)为宜，因为液压系统的响应时间一般为十毫秒级别，时间过长会影响系统的响应速度，时间太短起不到减少液压冲击的目的。 ② 有效灵活的利用比例压力流量信号输出斜坡将可以大大提高液压系统平稳性和控制精度。一般情况下，程序中每个动作都会设置不同的压力流量上升下降斜坡，默认值设定为最快(即0秒)，根据不同的动作要求可以更改数值，最大为9.9秒，例如在系统锁模上压时，可以适当增加压力上升斜坡，这样就可以避免锁模压力过冲的问题。 采用电气方式预防液压冲击问题的优点是比较简洁、方便和高效，不需要对液压系统进行更大的调整，但其最大的缺陷是降低了系统的响应速度，并且不能解决所有的液压冲击问题，所以要从根本上解决液压冲击问题需要从液压回路和液压元件上着手。

通过对我公司液压系统具体分析，结合冲击的解决方法，我们从以下三方面解决：

1、调节系统压力和工况需要的匹配度

我们将系统压力降低15%，这时的倾转缸工作状态为：

F=P×S

F=14×85%×65%Mp×π（125/2mm）²

F=9.5T

按三组设备同时工作时相互干扰的工况看，能产生约3T的推力。

推动油缸产生的推力：

F=P×S

F=14×85%×65%Mp×π（200/2mm）²

F=24T

以上推力完全满足现场实际工况使用。

2、调节液控换向阀阻尼

调节换向阀阻尼，减慢换向阀的换向速度，延长高压压力油进入缸腔时间，从而避免出现液压冲击。

进行这一工作时，出现油缸不动作现象，经分析是液压油里面有轻微的颗粒，换向阻尼增大后，导致换向阀主阀芯推力减少，导致轻微阻塞所致，拆卸清洗并轻微打磨，然后精调阻尼，故障消除，因此阻尼的调节量至关重要。

3、调节单向节流阀的速度

调节节流阀主要原因是：

a、使推料速度符合生产要求。

b、是缸腔体积变化不要剧烈。

经过以上三步，目前系统已满足生产要求。

四、结论

解决液压系统振动要综合判断，解决振动一般还有以下方法：1、在容易产生液压冲击能力的地方设置蓄能器。

2、在液压缸回油控制油路中设置平衡阀或背压阀。

3、在滑阀完全关闭前降低液压油的流速，如改进换向阀控制边界的结构。

从我公司系统看，设计中采用了换向增加阻尼的方法，厂家人员也主要通过调节阻尼达到减振效果，但效果不明显，其实还要全局考虑系统的工况，使系统的压力、流量和现场实际工况需要匹配才能达到最佳效果。

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