掘進機行走機構液壓系統液壓沖擊的分析與處理

王志武

(天地科技股份有限公司上海分公司，上海200030)

在液壓系統中，油路很快地換向或突然關閉，由于流動液體的慣性和運動部件的慣性，使系統壓力急劇上升造成壓力沖擊，這種現象稱為液壓沖擊。根據能量守恒定律，液體的瞬時動能全部轉變成壓力能時，該沖擊壓力可達正常工作壓力的3～4倍。液壓沖擊會引起機器振動，導致密封件、油管和液壓元件損壞，并可使某些液壓元件(壓力繼電器、順序閥等)產生誤動作。

設計液壓系統時，大家都會很重視系統原理圖中明顯會產生液壓沖擊的部分，會盡量予以避免;但對隱性的、可能產生液壓沖擊的部分卻疏以考慮。掘進機行走機構液壓系統的液壓沖擊現象就是一個例子。

1 問題的由來

圖1是20世紀90年代國內典型的掘進機行走機構液壓系統，現在在小功率掘進機上使用還很普遍。

系統中閥1換向時，油壓p1作用在液壓馬達上，同時液壓油也通過閥2進入并打開制動器，液壓馬達旋轉驅動齒輪箱，然后通過鏈輪帶動履帶行走。對該系統進行調試時，發現系統軟管抖動很厲害，并伴有頻率很快的擊打聲，液壓沖擊現象明顯。

圖1 行走機構液壓系統簡圖1

2 原因分析

行走機構空運行時，所需壓力為3～4 MPa 左右，而實測打開制動器時閥2的進口壓力為3 MPa 左右，與行走機構空運行時的壓力太接近。行走機構的啟動壓力大于空運行壓力，但啟動后的慣性使壓力瞬間降到3MPa以下，使制動器趨于關閉，這時行走機構制動，隨即壓力升高再次打開制動器，行走機構運行，如此反反復復造成液壓沖擊。

3 解決方案

這是一個行走機構空運行壓力與制動器開啟壓力互相干擾的問題。要排除此干擾有很多方法:

(1)降低制動器的開啟壓力，這要減少制動力矩，而且要修改制動器，顯然不合適;

(2)在回油路上增加背壓，提高行走機構空運行壓力;

(3)選用負載反饋式比例換向閥，提高進入制動器的油壓，保證打開制動器;

(4)把制動器油源與液壓馬達油源分開。下面介紹其中的兩個解決方案。

3.1 將制動器油源與液壓馬達油源分開

由于圖1中的閥1是液動換向閥，一般用先導閥來使其換向，而先導閥通常是單獨油源，因此改用先導閥油源打開制動器是個可行的辦法，見圖2。

圖2 行走機構液壓系統簡圖2

圖2中，壓力為p1的油源是進入液壓馬達的油源，壓力為p2的油源是閥5的油源。壓力為p2的液壓油進入閥5 推動閥1換向的同時，又通過閥2進入并打開制動器，壓力為p1的液壓油進入液壓馬達驅動行走機構。由于進入制動器的是單獨油源，p1的波動絲毫不影響p2，所以在閥1換向期間，p2使制動器始終處于開啟狀態，p1也一直作用在液壓馬達上使其旋轉驅動行走機構運行，這就解決了行走機構空運行壓力與制動器開啟壓力互相干擾的問題。

3.2 同一油源下的解決辦法

進入21世紀以來，國外大量先進的液壓技術、液壓元部件涌入國內，使液壓系統的設計思路發生了很大的變化。許多可供選擇的、先進的液壓元部件使液壓系統的設計更可靠、性能更優越。圖3是用負載反饋式比例換向閥組成的行走機構液壓系統原理圖。

圖3 行走機構液壓系統簡圖3

圖3中，閥1是負載反饋式比例換向閥，閥的頭片有1個減壓閥、1個溢流閥和1個三通流量控制閥。油壓p 作用在閥1，從閥1出去作用在液壓馬達上的壓力為p':p=p'+0.9 MPa其中:0.9 MPa是三通流量控制閥換向時克服彈簧力的初始壓力。

行走機構空運行時所需最低壓力為3 MPa 左右，該壓力作用在液壓馬達的同時，通過閥2將閥5打開，閥5的換向壓力很小，故在行走機構空運行時閥5 始終處于打開狀態，該油壓又通過閥1里的梭閥同時作用在閥頭片的三通流量控制閥彈簧側，于是從減壓閥出去的油壓為3.9 MPa 左右(減壓閥設定壓力為4 MPa，不大于4 MPa的壓力就不減壓了)，該壓力裕量較大，通過閥5 (閥5的通流壓損很小)始終作用在制動器上使其開啟，足以避免由于行走機構啟動后的慣性使壓力瞬間下降的影響，解決了行走機構空運行壓力與制動器開啟壓力互相干擾的問題。

選用閥5時要重視其切換壓力的大小，盡可能選低一些的，假如切換壓力接近3 MPa，當啟動后的慣性使行走機構的空運行壓力略低于3 MPa時，閥5 會關閉，阻斷了從減壓閥出去的油源，同樣會發生上述壓力互相干擾的問題。

4 結論

設計液壓系統時，可實現工況的回路組合有很多。有的側重簡潔，有的偏重功能，有的注意節能。但總體來說要避免產生大的液壓沖擊，確保系統工作的穩定性和可靠性。

液壓沖擊可通過對系統回路的改進以及液壓元件的重新選型來加以控制和消除。

要對系統回路組合的關聯度及相互影響予以重視，認真做好系統每個回路的設計計算，才能及時發現問題，防患于未來。

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