蓄能器在横切剪液压系统中的应用

引言

增加蓄能器作为减小液压冲击的有效手段之一,它不仅仅能减小液压冲击,还能在适当的时候将多余的液压油储存起来,在压力不足时释放出来,以保持系统压力稳定,同时减少了能量的损耗。其原理是将液压系统中的压力能转换为蓄能器中气体的压缩能,通过两种能量之间不停的转变,达到吸收液压冲击力,维持系统稳定的目的。在横切剪阀台处增加蓄能器，主要是减少液压油对液压元件的冲击，增加液压元件的使用寿命，同时削弱管路震动，防止造成液压油泄漏，减少热停机时间，提高生产效率。

1 液压冲击产生的原因

液压冲击时管道内液压油流速的急剧变化，使液压油的动能转变为压力能，产生急剧的压力波动。液压冲击造成的压力急剧升降交替波动过程是一种非恒定流动。流动参数产生阶跃变化的动态过程中，其压力瞬时的最大升值可达到管道中正常压力的几倍，而且压力升降的频率较高。

在横切剪液压系统中，产生液压冲击的原因主要有以下几类：

（1）横切剪剪切完成后迅速打开，因剪刃的惯性引起的液压冲击；

（2）横切剪在剪切带钢时，负载瞬时增大，由于液压油极短时间内克服较大的负载所引起的液压冲击；

（3）剪切完成后，液压缸停止动作，使得液压油的通道迅速关闭或液压容腔不再变化，由于液压油的惯性而引起的液压冲击。

液压冲击对横切剪液压系统造成的影响：

（1）较大的液压冲击长时间作用于液压缸、换向阀等液压元器件，容易造成元件损伤、变形，严重降低了元件的使用寿命和稳定性；

（2）横切剪动作时液压冲击使整个酸洗线入口液压系统压力出现波动，影响其他设备动作；

（3）在长时间液压冲击下，密封件更容易出现松动或损坏现象，进而引发事故造成热停机。

在液压系统中增加蓄能器，能减弱液压系统的冲击和波动，使液压系统工作平稳，并提高元器件的使用寿命和稳定性；根据动态误差进行补偿及实现能量回收，减小能量损失。

2 蓄能器结构及参数

蓄能器在工业液压系统中可作为一种能量储蓄装置，也可作为紧急动力源，还可以用来降低噪音、消除脉动、吸收液压冲击等。它的工作原理是在合适的时机将系统中的能量转变为压缩能或位能储存起来，当系统需要时，又将压缩能或位能转变为液压或气压等能而释放出来，重新补供给系统。当系统瞬间压力增大时，它可以吸收这部分的能量，以保证整个系统压力正常。

2.1 结构

根据加载的方式，蓄能器可分为三类：弹簧式、活塞式、气体式。

1.弹簧式

它依靠压缩弹簧把液压系统中的过剩压力能转化为弹簧势能存储起来，需要时释放出去。其结构简单，成本较低。但是因为弹簧伸缩量有限，而且弹簧的伸缩对压力变化不敏感，消振功能差，所以只适合小容量、低压系统（P 1.0～1.2MPa），或者用作缓冲装置。

2.活塞式

它通过提升加载在密封活塞上的质量块把液压系统中的压力能转化为重力势能积蓄起来。其结构简单、压力稳定。缺点是安装局限性大，只能垂直安装；不易密封；质量块惯性大，不灵敏。这类蓄能器仅供暂存能量用。

3.气体式

它以波义尔定律（PVn=K=常数）为基础，通过压缩气体完成能量转化，使用时首先向蓄能器充入预定压力的气体。在气体式蓄能器中，以活塞式蓄能器和气囊式蓄能器应用最为广泛，而在液压系统中最适合的是气囊式蓄能器。 如图1 所示为气囊式蓄能器结构。气囊3 安装在壳体2 内的上部由充气阀1 为气囊充入氮气，蓄能器工作时充气阀1 关闭。壳体2 下部有一菌形限位阀4 它能使油液通过阀门进入蓄能器，又可防止油液全部排出时气囊膨胀出壳体而损坏。工作时，压力油从下入口顶开菌形限位阀4 进入蓄能器压缩气囊，气囊内的气体被压缩而储存能量；当系统压力低于蓄能器压力时，气囊膨胀压力油输出，蓄能器释放能量。其特点是气囊惯性小，反应灵敏，可吸收急速的压力冲击和脉动，体积小，质量轻，安装方便。

图1 气囊式蓄能器

1—充气阀 2—壳体 3—气囊 4—菌形限位阀

在横切剪液压系统中，我们选用的就是这种结构的蓄能器。它能有效的吸收液压冲击，减少震动。

2.1 参数设定

在使用蓄能器的时候，工作参数的设定，应当在保证其安全可靠的前提下，以较小的容积储存较大的容量。

蓄能器主要参数有：

1.充气压力

在蓄能器用于吸收冲击时，充气压力为系统工作压力的90%，已知系统压力为14MPa，因此，充气压力 设定为12.6MPa。

2.蓄能器的容积 0V

在蓄能器用于吸收冲击时，蓄能器的容积计算公式为：

m —管路中液体的总质量（Kg）；

v—管中流速（m/s）；

P2 —系统最高工作压力（Pa）。

管道长约10m，管径为76mm，液压油密度为0.85Kg/L，系统最高压力为16MPa，管中流速约为2.1m/s，经过计算可得 0V 约为0.032m³ ，最终选用32L 的蓄能器即可满足要求。

3 总结

通过对液压冲击和蓄能器进行研究之后，合理地选用蓄能器，可以有效地削弱横切剪液压系统中的液压冲击，提高液压系统的稳定性，延长了元器件的使用寿命，极大程度上减少了事故发生率，确保了生产线的生产效率。