液压驱动往复泵高压管路冲击问题的研究

　　往复式柱塞泵由于其突出优点:泵送压力高、吸入性能好、效率高、适应输送介质广泛等,在石油开发、管道输煤、建筑领域、矿山开采等方面的应用越来越广泛。尤其在当今世界能源紧缺的形势下,液压驱动往复泵作为一种高效节能产品,在各行各业大有用武之地[2]。但由于在工作过程中的频繁换向而造成液压冲击的影响,引发系统产生剧烈的振动和噪声,造成系统的瞬间压力峰值和温度升高,引起往复泵排除管内液体的压力和流量产生波动,导致了液压系统的主泵壳体破裂或吸、排液阀的过早损坏,降低工作可靠性,缩短其使用寿命,因而有必要对液压驱动往复泵换向过程中的液压冲击现象进行研究[3-5]。

　　1　往复式柱塞泵的液压压力冲击问题

　　往复式柱塞泵液压系统是驱动液压缸往复运动以实现介质的吸入与排出,最终达到介质输送的目的。图1所示是一种典型的液压驱动往复泵泵送原理图。主油泵1输出的压力油经换向阀4进入泵送油缸5或6,以实现泵送作业。产生液压压力冲击的原因有如下几种[3-5]。

　　(1)由系统本身引起的压力冲击往复式柱塞泵开式液压系统,采用阀控换向,由于换向阀换向频繁,且换向时间短,同时主油泵流量大,所以在换向阀切换时,由于瞬间液流变化大,会产生巨大的压力冲击。

　　(2)由外载性质引起的换向冲击主油缸由吸入行程到泵送行程换向的瞬间,巨大的压力作用在油缸上,在油缸启动的瞬间,如果不减少主油泵流量,油缸与油泵出油口之间压力迅速上升,产生巨大的压力冲击。

　　2　解决方案

　　2.1　改善换向阀的换向性能

　　如图1所示,泵送系统中换向阀4做换向工作,主油泵1输出的压力油将瞬间进入主泵送油缸5或6的无杆腔,由于瞬间液流变化大,使得高压腔产生液压冲击,液压冲击产生的核心元件是泵送换向阀,因此改善换向阀的换向性能是十分必要的。

　　2.1.1　延长换向时间

　　减慢换向阀的换向速度,即增大换向时间,则在换向时液压管道中的瞬时流速将减小,进而减小液压冲击,但是换向时间的延长会影响有效泵送效率。

　　2.1.2　合理选择换向阀的过渡机能[5]

　　图1所示的系统原理图中,当换向阀4在中位时,主油泵卸荷。当泵送作业时,换向阀4切换到左位(或右位),如果选用换向阀的过渡机能如图2(a)所示,T型过渡机能在换向时P口处于一个短暂的阻断状态,在这段时间,泵的输出流量维持不变,而油液又无处可去,使系统压力突然升高,反复的压力冲击使液压软管疲劳爆裂。为解决此种状态下产生的液压冲击,解决方法是合理选择换向阀的过渡机能。如图2(b)所示,G型过渡机能在换向过程中,其P口通过节流器与T口接通,因而能有效减小泵出口管路的压力冲击。