基于油壓機回油沖擊產生的原因分析及解決措施的思考

丁振義 陸毅

摘 要：油壓機是一種較為普遍、常見的液壓傳動控制設備，是一種以液壓油為工作介質的油壓控制機器，通過液壓泵將液壓油壓縮進入油缸中，在密封環境下，控制液壓油單向運動，進而產生生產力的一種機械。作為動力核心部件，其穩定運行對整個機械系統影響極大，而回油沖擊則是影響其運行穩定性的關鍵問題。本文主要探索了回油沖擊產生的原因，并提出了有針對性的解決措施。

關鍵詞：油壓機；回油沖擊；原因；措施

油壓機是較具代表性的液壓設備。它有許多不同的種類，具體的用途也各不相同。然而，不同的油壓機在使用過程中，當液壓缸處于回程階段時，機械系統內部的液壓沖擊會迅速變大，導致設備大幅度震動，嚴重情況下引發油壓機故障，影響機械的正常運作。以下主要以回油沖擊作為故障典型分析，探討了油壓機回油沖擊產生的原因及其解決措施。

1.油壓機產生回油沖擊的主要原因

通常而言，油壓機是由主機及動力控制機構組成的。其主機部分主要是由油壓機機身、主缸、充液裝置等構成，動力控制機構則是由泵、油箱、低壓控制系統、電動機及其他閥門件等部分組成。動力控制機構主要是在主機內部電氣裝置的控制基礎上，通過系統內部的高壓泵、油缸、液壓閥門控制來完成各部分之間的能量調配與控制，以此來實現各個工藝的配合循環。在液壓系統運行期間，當系統處于回程時期，以圖1為例，系統中電磁鐵3DT迅速通電，系統電液轉換閥9便會產生轉向變化，此時系統內部的壓力油便會通過閥門進入具有雙向活塞桿的有杠腔內，與此同時，迅速打開液壓控制的單向閥門10，使液壓無桿腔中的油液回到油箱內。由于液壓缸內的無桿腔內的油液在之前的工作狀態下，處于高壓狀態（通常約為30MPa），在如此高的壓力下被突然釋放，必然會產生液壓沖擊，導致油壓機運行故障。若通過科學計算，將油壓機液壓沖擊的速度及其最大升高壓力計算出來便可為后期制定解決措施提供指導。

如圖1為某油壓機系統工作原理圖，設定某油壓機第九閥門的換向時間為60ms，該油壓機的液壓缸內徑為D=160mm，其液壓缸活塞行程為L=2000mm，油壓機油管內徑為d=50mm，具體長度為l=3m。若系統運行壓力為P，設定μ為液壓油的壓縮系數，假設油壓機所采用的油料為礦物油，則μ=7×10-10（m2/n），以V2表示主泵及其傳送油缸及其路線管道的容積。此時便可以將主泵送液壓缸機器及其已被壓縮的油液體積V1表示為：V1=μ·P·V2。設系統運行壓力P=32Mpa。

圖1 某油壓機系統工作原理圖

而V2的值又可以通過內徑、油管長度等數據進行計算，具體如下：

綜合以上兩式，并代入數據，不難得出V1=1.032（L）

我們又知道，換向瞬間的回油量Q=V1/Δt，再次代入數據，得出Q=1032（L/min）。從而可以進一步得出如下結論：

（m/s）

一般來說，系統回程時對管道油液的流動速度要求通常小于等于5（m/s）[1]，而此時的管道流速為8.76（m/s），明顯超過了正常液壓，會對油壓機內部管道造成較大的沖擊，進而會對系統運行產生嚴重的影響，因而必須采取措施進行解決。

2.油壓機回油沖擊故障解決措施分析

通過對回油沖擊的原因進行分析與探究，得出了三種解決方案。解決原理結構如圖2所示。主要是從解決其泄壓問題的方向出發，預防油壓機在系統回程過程中產生的液壓沖擊及其相關的轟鳴現象。其中有兩項控制方案對其液壓控制單向閥有一定的要求，規定其必須為附帶卸荷閥芯的液壓控制單向閥。

圖2 三種解決回油沖擊的措施方案

第一種方案原理圖見圖2所示，主要是將單向閥12與一個外控油源直接相連，此時閥12具備一定的先導壓力，能夠保障液壓控制的主導權，基于卸荷閥芯的系統保障，確保主閥芯不會被壓力沖擊開來，進而保障油壓機的液壓缸無腔杠不會出現泄壓回流。當該液壓缸的油壓低于某一固定值時，負責液壓控制的單向閥柱塞則會對系統內部的主要閥門芯產生較大沖擊，將其頂開，完成系統內部的回油準備，同時將系統外部礦物油源的壓力控制在標準范圍內。以受力平衡原理作為指導，若以S1表示主控閥門的截面積，以S2表示卸載閥芯的截面積，以S3表示為系統控制柱塞的截面積。將P1表示液壓控制單向閥主要端口B的壓力強度。假設回程壓力強度為0，此時液壓控制單向閥C端的壓力為P2，將P3表示為具體的控制壓力，并設系統內部彈簧的摩擦力為F0。

此時的壓力調控范圍便為：

第二種解決方案原理類似于第一種方案，同樣是采取壓力調節的方式，當系統內部電磁鐵通電后，液壓缸回程的壓力便取決于相鄰的順序閥12[2]。此時便需要保障其中順序閥的兩端壓差要始終大于將液壓單向閥內部卸荷閥芯頂開所需具備的壓力強度。

第三種解決方案，則是采取預先泄壓的指導理念，在系統回程時間內，保障閥12及閥5DT的通電時間早于電磁鐵3DT。根據實際情況調整好電磁鐵通電延時，以完成回程系統的泄壓準備，預防回油沖擊的產生。

結束語

綜上所述，以上所述三種方案均是解決油壓機回油沖擊的有效方案。第一種方案主要是通過調節液控單向閥12的先導壓力，確保在系統回程時間內，壓力能夠穩定調節，此項控制壓力措施能夠在多缸運作，有效實施泄壓控制，解決其回油沖擊問題。第二種解決方案則主要是通過直接控制系統油缸的回程壓力，來穩定壓力結構，此種解決措施結構較為復雜，通常僅僅適用于對系統振動要求較低的地點。第三種解決方案則能夠靈活調制系統泄壓時間，可以做到將無腔桿的壓力釋放到最低，保障系統回程時不會受到任意沖擊。總而言之，第三種解決方案是最為簡單、有效的控制回油沖擊的方案。

參考文獻：

[1]吳曉紅，朱琪.一種發電機聯軸器壓裝油壓機液壓系統的設計[J].液壓與氣動，2010（06）.

[2]徐飛.3000T油壓機油壓系統充液閥的故障分析與排除[J]. 四川工程職業技術學院學報，2009（03）.