液流流速突变引起的液压冲击探讨

　　一、引言

　　在液压系统中，由于某种原因引起压力瞬间突然增大，可能达到正常压力的 4 倍左右，形成压力峰值，同时产生振动和噪音，这种现象称为压力冲击。引起压力冲击的原因是由于流动液体的惯性或运动部件的惯性，使液流流动速度的大小和方向突然变化，导致液压力产生一个急剧交变的升降过程而引起液压冲击。如换向阀的突然换向，液压马达的突然换向、压力管路的突然关闭、油缸内活塞运动速度和方向的突然改变等，都会引起液压冲击。

　　由于液压冲击时出现的压力峰值很大，在这种冲击压力作用下管道将产生剧烈的振动和噪音，甚至使管道和液压元件及密封损坏，导致严重的泄漏。有的元件，如压力继电器、顺序阀也可能因冲击压力而产生动作失误，造成事故的发生。特别是在高压大流量的系统中，液压冲击所造成的破坏性就更加严重。

　　二、液压冲击的形成过程

　　如图1 所示，液压油缸通过换向阀控制，设管道直径为d，管道长为L，定常情况下管道内流速为V，压强为P。当换向阀突然关闭时，则紧靠换向阀的油液突然停止流动，由V骤变为零。由于惯性的作用，紧靠换向阀门的这层油液的压强突然升高△P，产生了液压冲击，△P 为冲击压强。如果换向阀门关闭的时间为零，则△P 将趋近于无穷大，实际上关闭阀门有个时间过程，同时液体的压缩性和管壁的弹性对液压冲击起了缓冲作用，管中的流速不是同时变为零，压强也不是在同一时刻同时升高，而是在靠近换向阀门的那层油液停止流动后，其后各层油液相继一个断面一个断面地停止流动，压强也逐层以弹性波的形式由换向阀门处向液压缸以一定的速度一个断面一个断面地升高到一定数值，油液逐层受压，管壁逐段膨胀。流速和压强都是以波的形式传播。

图 1 简单油缸管路的液压冲击

　　如图2 所示，在L/C > t >0 时段内，波面从换向阀门处向液压油缸方向传播，波面所到之处液体速度降为零，压强升为P + △P，管壁膨胀，液体密度增加。波面尚未到达之处，液体尚未受到影响，仍以速度向换向阀门运动，直到在关闭后的t = L/C 时刻，油液冲击波以速度C 传到液压油缸，全管中的液体均受到压缩，速度均降为零，整个管壁处于膨胀状态。

　　在t = 2L/C 时，由于全管有-V 存在，水流脱离换向阀门，由于惯性作用，管换向阀门端产生了一个反射波，并由换向阀门端向液压油缸端传播，紧靠换向阀门端处的液体由-V 骤变为零，导致压强由P 变为P -△P，液体膨胀，管壁收缩，又一层一层地以波速向油缸端传播。在t = 3L/C 时，到达换向阀门口，此时整个管道压强下降△P，流速V =0，管壁压缩。