搗固車外夾持液壓回路中蓄能器充氣壓力優化

岳麗敏，王麗平

（鄭州鐵路職業技術學院機電工程系，河南鄭州450052）

搗固車外夾持液壓回路中蓄能器充氣壓力優化

岳麗敏，王麗平

（鄭州鐵路職業技術學院機電工程系，河南鄭州450052）

為了解決D08-32型搗固車作業一段時間后外夾持液壓缸出現運動不穩定情況，分析外夾持液壓系統，發現液壓系統溫度升高將使氣囊式蓄能器中的充氣壓力上升，使蓄能器補油能力減弱，從而影響液壓系統的穩定性。基于搗固車在作業過程中液壓油溫度不可避免會發生變化，優化蓄能器的充氣壓力，使外夾持液壓缸的運動盡量在整個工作過程中保持穩定。

蓄能器；溫度；液壓缸；充氣壓力

蓄能器的作用是將液壓系統中的壓力油儲存起來，在需要時又重新放出。其在液壓系統中主要作輔助動力源、緊急動力源、吸收液壓沖擊、補充泄漏和保持恒壓作用。氣囊式蓄能器利用氣體的壓縮和膨脹來儲存、釋放壓力能［1］。D08-32型搗固車作業一段時間后外夾持液壓缸出現運動不穩定情況。分析該液壓系統發現，系統中用了一個12 L的氣囊式蓄能器，氣囊中壓縮氣體壓力大小受環境溫度影響，從而將影響到蓄能器的排液能力，進而影響到液壓缸的運動性能。本文分析蓄能器在該回路中的作用，優化蓄能器的充氣壓力，使外夾持液壓缸的運動盡量在整個工作過程中保持穩定。

1　蓄能器在D08-32搗固車外夾持液壓系統中的作用

對D08-32搗固車外夾持液壓系統進行分析，夾持作業時，單個外夾持液壓缸液壓系統可簡化為圖1所示。

圖1　外夾持液壓缸夾持作業時液壓系統圖

搗固車作業時，要求外夾持液壓缸1.3 s內能完成夾持動作。外夾持液壓缸活塞直徑D為75 mm、活塞桿直徑d為60 mm、行程L為135 mm、液壓缸的效率η1為0.95；液壓泵的轉速n為1 892 r/min、排量V為58.3 mL/r、葉片泵的容積效率η2為0.8［2］.

完成夾持動作無桿腔所需的油液量：

泵給單個液壓缸的1.3 s的供油量（外夾持液壓系統共8個夾持缸）：

液壓缸有桿腔排出的油液量：

液壓系統為差動連接：

從中可以看出，1.3 s內泵的供油量不夠，故蓄能器在系統中有輔助動力源的作用。

2　實際工況下，蓄能器的排油能力

由氣體定律有：

式中，p0為充液前蓄能器充氣壓力；V0為充液前充氣體積；p1為蓄能器中最低工作壓力；V1為最低工作壓力時的氣體體積；p2為蓄能器中最高工作壓力；V2為最高工作壓力時的氣體體積；n為指數，其值由氣體工作條件決定：當蓄能器釋放能量的速度緩慢時，可認為氣體在等溫條件下工作，n=1；當蓄能器釋放能量的速度很快時，可認為氣體在絕熱條件下工作，n=1.4［3］.

由式（1）可推得

式中，△V為蓄能器的工作容積，與V1，p1，p2大小有關；對折合形氣囊取p0=（0.8～0.9）p1.

從式（2）可以看出，當p0升高時，蓄能器的工作容積將減小，即蓄能器的排油容積將減小。

蓄能器做輔助動力源用，n取1.4，p0=0.9 p1，系統中標定蓄能器充氣壓力為12 MPa，蓄能器容積為12 L，溢流閥設定壓力為15 MPa.當蓄能器充液前壓力為12 MPa時，根據式（2），蓄能器的最大排液量為：

蓄能器同時為8個外夾持液壓缸提供供油，故能為每個液壓缸提供0.18 L＞0.176 L，滿足系統輔助動力源要求。

3　溫度對蓄能器補油能力的影響

液壓系統工作一段時間，液壓油溫度將上升，造成蓄能器中氣體溫度的上升（和液壓油等溫，可達80℃），由氣體查理定律，一定質量的氣體，在氣體體積不變的情況下

式中，T0為充氣時的絕對溫度；T'為實際工作時的絕對溫度；p'為實際工作時氣體壓力。

由式（3）可以看出，氣體溫度上升，必將造成氣囊內充氣壓力的升高，又由式（2）可得，蓄能器補油能力下降，導致搗固車搗固作業時，一方面外夾持液壓缸在1.3 s內完成不了夾持工作，另一方面系統壓力瞬間迅速下降，嚴重時瞬時下降為零，作業結束后又迅速上升。

4　蓄能器充氣壓力優化

以上分析可以看出，蓄能器氣囊中充氣壓力的大小受到溫度的影響，充氣壓力的大小又會影響到蓄能器的補油能力，為了在最高工作溫度下，蓄能器有足夠的補油能力，在給蓄能器氣囊充氣時，應考慮環境溫度，使得蓄能器在最高工作溫度下氣囊中充液前的壓力不至于過大。由前面分析，蓄能器充液前壓力為12 MPa時，蓄能器的補油能力剛好夠。若滿足最高工作溫度下蓄能器補油要求，80℃時蓄能器氣囊中充液前壓力應為12 MPa，根據式（3），可以計算出不同環境溫度下，給蓄能器氣囊充氣時的充氣壓力見表1.

表1　不同環境溫度下蓄能器氣囊充氣壓力

5　結束語

在液壓系統中使用蓄能器時需注意，氣囊中的氣體壓力會隨著溫度的改變而改變，故在計算充氣壓力時，一定要考慮充氣時的溫度和使用時的溫度區別，保證工作時氣囊內的壓力滿足系統要求。

［1］張勤，徐鋼濤.液壓與氣壓傳動技術［M］.北京：高等教育出版社，2015.

［2］傅文智，毛必顯.抄平起撥道搗固車［M］.北京：中國鐵道出版社，2010：75-84.

［3］何存興.液壓傳動與氣壓傳動［M］.武漢：華中科技大學出版社，2000.

The Optimization of Accumulator Charging Pressure in the Outer Clamping Hydraulic Circuit for Tamping Machine

YUE Li-min，WANG Li-ping
（Electromechanical Engineering Department of Zhengzhou Railway Vocational&Technical College，Zhengzhou Henan 450052，China）

In order to solve the outer clamping hydraulic cylinder motion instability of D08-32 tamping machine for a period of time.It is found that the temperature rise of the hydraulic system will cause the inflation pressure rise in the air bag accumulator through analysis hydraulic system，and to weaken the oil storage capacity of the accumulator，so as to affect the stability of hydraulic system.The change of oil temperature will inevitably happen whentamping machine work，to optimize the charging pressure of accumulator，and then the hydraulic cylinder will keep stability in the whole workingprocess as far as possible.

accumulator；temperature；hydraulic cylinder；Inflation pressure

TH137.7

A

1672-545X（2016）08-0182-02

2016-05-05

岳麗敏（1980-），女，河南獲嘉人，碩士，講師，主要從事機電一體化方面的教學及科研工作。