液壓系統蓄能器的應用研究

趙慧江

（河北西姆克科技股份有限公司，河北石家莊 050000）

0 引言

在液壓系統的系統正常運行、工作壽命延長、動態品質改善及噪聲消減中，蓄能器發揮的作用極為重要。倘若所選蓄能器容量偏小，或是不匹配系統結構，那么其使用效果就無法達到最佳。以結構為依據劃分蓄能器，主要包含重力式、彈簧式和氣體式。而氣體式中的皮囊式，憑借自身重量輕、結構尺寸小、反應靈敏及安裝便利等優勢，在液壓系統中得到了較為廣泛的應用。本文圍繞液壓系統中皮囊式蓄能器的具體應用展開研究。

1 蓄能器分類

以結構為依據劃分蓄能器，主要包含重力式、彈簧式和氣體式。就重力式蓄能器而言，主要是在密封活塞上增加質量塊加載數量，轉化液壓系統中壓力，當其成為重力勢能之后積蓄。此類蓄能器擁有穩定的壓力，且結構十分簡單，只是在安裝方面有局限性存在，不支持垂直安裝以外的方式，且密封難度較大、缺乏靈敏性。通常，該蓄能器僅能在固定重型液壓設備中使用；其次，彈簧式蓄能器是在壓縮彈簧的作用下，使液壓系統中的過剩壓力轉化為彈簧勢能并存儲。此類蓄能器具有結構簡單、成本低的優點，但是因有限的彈簧伸縮量及其伸縮對壓力變化并不敏感的緣故，僅在小容量、低壓系統中適用；最后，氣體式蓄能器是以波義爾定律為基礎，使用期間首先需要將預定壓力的氣體或氮氣充入蓄能器中，一旦蓄能器內部壓力低于系統壓力，此時就會有氣體被油液壓縮的情況出現，會逐漸轉化油液內的壓力，使其成為氣體內能[1]。當蓄能器內部壓力比之系統壓力更高時，由于高壓氣體的影響，蓄能器內油會流轉至外部系統，能量釋放。此類蓄能器以結構為依據主要可由活塞式、非隔離式、隔膜式及氣囊式等組成，在充氣壓力的選擇時必須確保合理性。而因重力式、彈簧式蓄能器具體應用中始終存在局限性的緣故，所以并未得到大范圍的普及，氣體式才是運用最為廣泛的蓄能器。

2 蓄能器在液壓系統中的應用

砼輸送泵液壓系統中的皮囊式蓄能器，具有極為顯著的用途特點。本文介紹HBTZ60 型砼泵液壓系統中蓄能器的具體運用。系統主要是由主油路、分配閥及攪拌系統等3 部分組成（圖1）。

2.1 主油路系統

圖1 HBTZ60 型砼泵液壓原理

主油路系統基本是由主油缸、插裝式單向閥、變量柱塞泵、吸油濾油器（右）、先導式溢流閥、M 型電液換向閥和高低壓切換閥等組成[2]。變量柱塞泵在啟動電機之后會朝著系統供油，油液通過M 型電液換向閥之后為主油缸的工作提供驅動力。兩個電磁線圈在電液換向閥的作用下輪流通電之后，依托電控，兩個主油缸即可分別、輪流進、回油。

主油泵工作的調定最大壓力值為28 MPa，由先導式溢流閥負責控制。12.5 MPa 的系統工作壓力時，恰好同等于變量柱塞泵變量壓力起點，當壓力升高之后主泵的排量也會逐漸下降。此類變量方式是在盡量提高動力機功率運用效率的基礎上，促使整機使用效率得以實現最大化。依托高低壓切換閥的控制，主系統得以實現高低壓切換。閉合油路的形成主要是推送機構兩個主油缸與有桿腔、無桿腔相互連接，油缸插裝式單向閥的作用下，壓力油會在活塞運動到達終點后自動完成閉合油路的補油。而在行程開關的作用下可自動更換方向。

2.2 分配閥系統

分配閥系統的組成主要包含吸油濾油器（左）、蓄能器、齒輪泵、閘板閥油缸、先導式卸荷閥和O 型電液換向閥。經過先導卸荷閥后的油泵內壓力到達蓄能器、O 型電液換向閥之后，并為閘板油缸閥提供驅動力[3]。該電液換向閥擁有O 型的液動滑閥機能，電磁閥處于未通電狀態時，會隔斷液動閥的所有通道。注入蓄能器的壓力油會在油壓到達14 MPa 的調定值后，先導卸荷閥回油通道最先被開啟。系統壓力油由于先導卸荷閥內單向閥的存在，倒流的情況并不會發生。

該液壓系統中，必須實現迅速、及時的閘板閥油缸換向，因此必須著重考慮2 點：①必須盡量縮短閘板運動軌跡；②盡量提高換向的速度。因此，必須保障液壓系統內充足的流量與壓力。分配閥系統中，蓄能器所發揮的作用為輔助動力源，換向閥會在電訊號到達O 型電液換向閥后被開啟，此時會高速釋放蓄能器壓力油，從而能夠實現及時換向。這樣，在油泵的選取中，最為關鍵的是要與分配閥系統流量平均需求相結合。

3 蓄能器故障診斷與處理

3.1 皮囊壽命短

存在大量可對皮囊使用壽命造成影響的因素，例如皮囊自身材料及加工質量；所選工作介質與皮囊間的化學反應；外界污垢侵入蓄能器；設計選型中缺乏合理的工程容量；工作介質溫度不合理；液壓系統管理是否準確安裝；作為輔助動力源時，是否以合理的范圍控制往復頻率（＜1 次/10 s）等。而要想使皮囊使用壽命得以延長，避免正常工作中皮囊出現過度緊縮或膨脹情況，應當考慮p0＞25%p1＞33%p2。

3.2 吸收脈動能力差

液壓系統壓力脈動是否能夠實現有效吸收，主要是由蓄能器安裝位置、液壓系統管路布置決定。要想將蓄能器吸收壓力脈動的作用充分發揮，在安裝蓄能器時就必須盡量與動力源接近，同時盡可能縮短蓄能器管路連接液壓系統主管路分支點的管路，在確保合理的基礎上盡量選擇更大的通徑。倘若蓄能器安裝位置缺乏合理性，那么不但無法將壓力脈動吸收的作用發揮，甚至會使脈動更劇烈。

3.3 內部壓力嚴重下降

我國皮囊式蓄能器充氣閥形式多為單向閥，密封是憑借密封錐面進行的。整體液壓系統中，由于蓄能器能夠發揮緩解沖擊、吸收脈動的作用，當其遭受振動之后，單向閥閥芯會出現松動的可能性，錐面也會出現不緊密的貼合。同時閥芯錐面若有污垢存在，皮囊也會出現漏氣。對此，應當研磨密封錐面，或是拆卸、清洗，以此將蓄能失效的情況避免。

3.4 流量穩定性差

蓄能器充放液瞬時流量具備變性，在容量較大且Δp=p2-p1范圍較大的系統中，為確保瞬時流量較大且較穩定，可考慮下列措施：首先，設計選型中可考慮以并聯的方式將多個公稱容量偏小的蓄能器連接，取代公稱容量偏大的蓄能器[4]。并聯后的蓄能器能為自身充氣壓力的使用提供差異性保障；其次，整體液壓系統中，增設蓄能器與執行元件間控制流量的裝置。盡可能地將有效工作壓力范圍減少，或是將蓄能器公稱容積盡量增大；最后，確保一個工作循環內充液時間足夠，對充液過程予以嚴格控制，將系統其他部位內泄漏的情況盡量避免，以便蓄能器在充液過程能夠迅速達到p1的壓力之后，再釋放能量。

4 蓄能器的使用注意事項

（1）蓄能器的安裝位置應著重考慮檢查、維修的便利性，并與熱源保持適當的距離。

（2）氣囊式蓄能器內部氣囊切忌充氧氣，僅能充氮氣，以免發生爆炸。

（3）氣囊式蓄能器油口安裝應當垂直向下，同時采取支持架、支持板進行固定，將飛起事故發生的可能性降低至最大限度。

（4）蓄能器為壓力容器，氣囊式蓄能器上切忌出現焊接、鉚焊或機械加工及敲打等。

（5）氣囊式蓄能器若是處于充油狀態，切忌拆卸，以免出現人身、設備事故。

（6）針對蓄能器充氣壓力，應當采用充氣工具以半年為一周期定期檢查一次，倘若充氣壓力下降需要及時完成氮氣的補充，促使蓄能器能將充足的壓力油供給系統；最后，需對蓄能器表面處理層、內部銹蝕情況定期展開檢查，且需及時檢修或更換出現問題的部位。

5 結語

液壓系統中的蓄能器作用至關重要，要想確保液壓系統的工作狀態得以實現高效、穩定，就必須正確選擇蓄能器型號并合理安裝。同時，液壓系統中的蓄能器也是一個危險部件，具體操作實踐中必須予以足夠關注。一旦有故障出現后，最為迫切的便是將蓄能器壓力卸掉，當系統處于無壓力狀態之后再進行維修，如此可將意外事故發生的可能性最大限度降低。