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440吨自制卧式油压机液压系统设计改造的优化研究

时间:2019-12-24 15:36:11  来源:  编辑:  浏览量: 153
概况: 1引言 20世纪80年代末至90年代初,由于我国建筑业的迅猛发展,铝型材需用量猛增,国内型材供不应求。 在此背景下,某合金厂将原有的仅用于生产

1引言

20世纪80年代末至90年代初,由于我国建筑业的迅猛发展,铝型材需用量猛增,国内型材供不应求。

在此背景下,某合金厂将原有的仅用于生产铜管的70年代生产的水压机加以改造。此水压机已工作近加年,故障率高,且工作效率低。鉴于此种情况,该厂决定将其自行设计改造为44O吨卧式油压机,用于铝型材和铜管的生产。

2 型材生产的工艺过程

铝型材生产的工艺过程一般是先将圆柱形柱棒由加热炉加热到挤压温度,然后送人供锭器中,供锭器把柱捧和挤压垫片送到挤压机中心线,由主缸中的柱塞推动挤压杆,将柱棒推人挤压筒中直至模口,然后主缸进人高压,挤压开始。挤压完毕,用剪将型材制品与压余分离,最后挤压机各工作部件恢复原始位置,为下一次挤压作好准备。

3 油压机液压系统主要组成部分及工作原理

该440吨油压机负载类型为主缸在活塞工作行程内,负载基本不变,负载特性接近水平线液。压系统由进油调压回路、主压机控制回路、辅机控制回路和自循环冷却过滤系统几部分组成.如图1所示。

系统主要工作参数(在铝型材生产中,仅使用2、3泵组):

工作压力P=0~18 MPa;快速前进速度V=195mm/s;挤压时速度 =0.3—39 mm/s;挤压能力为全吨位44Ot。

国1 44O吨液压机液压系统原理图

4 设计特点

对44O吨卧式水压机改造为44O吨卧式油压机,在设计中采用了3组泵源,每组有两个电机驱动两台相同型号的柱塞泵并联供油,每组泵源供油经单向阀后汇合注人总管 为满足其流量需要,每台泵出口处设有相同的电液溢流阀用以调整压力及起安全卸载作用。工作进程是:当空程前进时.打开充液阀并且两泵同时向液压缸供油,使主缸快进;当工进加压时,充液阀关闭,由两个并联泵供油满足主缸工作流量和压力要求。本设计采用了叠加式集成块,这样使得系统中的大部分阀体都布置在3个大的叠加块上,便于安装、调试、维修。

5 设计中存在的问题

在工进加压过程中,原设计采用如图l所示的两泵组合回路.两泵均为160 SCY14—18泵.溢流阀调压都为18MP丑。在实际运行工作中,出现严重的高压噪声 经分析是两泵调整相同的18 MPa压力。两压力油路之问存在相互干扰,两溢流阀在流体的作用下发生共振,产生严重的噪声

6 原因分析

在快进过程中,系统并没有发出噪声,只有在挤压过程中(即两个溢流阀同时定压溢流时)出现有严重噪声。同时还发现,当只有一侧的液压泵和溢流阀工作时,噪声相对弱些。这说明,严重噪声是由于两个溢流阀在流体作用下发生共振造成的。

溢流阀是最易产生噪声的液压元件。其噪声除了压力不稳定而引起较大的压力波动产生噪声外,主要是在主阀芯与阀座的开口处,由于高速流动、气蚀及涡流所产生 高压油流过溢流阀时,其压力能转化为动能和热能,主阀口的开启量很小,而阀口前后压差相当大,因此流速很高,这种高速喷流本身就伴随着一定程度的流速声 并且,在喷流的状态下,阀VI下游液流速度极不均匀而产生涡流,或者液流被剪切而产生噪声。

从流体力学观点说明,流体在阀前具有较高的压力势能,通过阀门时,流体加速,使势能转变为动能,同时有一部分能量转变为声能,就 噪声的形式辐射出来。尤其是在压力高、流量大的情况下,溢流阀阀VI的流速很高 油液含有一定量的空气,若阀口流速过高时,其压力就会过低,甚至形成负压.油液中的空气就会析出,产生大量气泡,当油液进入回油腔时,其流速下降,压力升高,使所形成的气泡溃灭,从而产生振动与噪声,从气泡形成、发育的起始时刻到气泡溃灭的整个过程中均伴有噪声。空泡噪声主要发生在溃灭阶段的晚期,其声压的数量级可以达到lO0 dB以上。

在上述系统中,双泵输出的压力油经单向阀后合流,由于两泵出VI离合流管位置太近,当两泵同时供油给系统时,就会产生噪声。这是因为泵排除的液流在出口处呈紊流状态,紊流将产生大量涡流。当两股紊流相互撞击,则激发出较强的噪声 同时还将引起溢流阀本身的振动。因两个溢流阀结构、规格及设定压力均一样,所以二者阀芯的固有频率相同,极易导致两溢流阀及压力油管共振,并发出异常噪声。

7 设计更改措施

选用一个大流量溢流阀代替两个相同型号的溢流阀,以便去掉主要共振源。为了防止合流激发流体噪声,将台流处远离各泵排油口,并将台流处的管道形成逐渐过渡,减少紊流发生的概率。

在溢流阀回油VI最近处安装竖管(如图2所示),竖管由橡胶制成 里面人为地让其包含一定量的空气,与空气接触表面应高于油箱油面,并垂直放置 这种竖管特点是:制造简单,惯性小,反应灵敏,占地面积小,没有机械摩擦损失。

图2 竖管结构图

选用低噪声溢流闻,降低因压差过大而 I起的噪声。通过更改后液压噪声明显下降,系统工作正常。液压系统噪声的产生原因是一个复杂的问题。它不仅与系统设计有关,而且与元件的加工、装配、系统的结构、使用及维护都有一定的关系。因此,除了注意选用台理的设计方案外,还应注意其他一些相关的问题,以便系统具有良好的工作性能,延长寿命、安全可靠。

8 启示

此例提示大家,在设计压力控制回路时,应避免采用两个并联的等压值的溢流阈调压回路,以免产生共振,发出噪声;同时,为了防止台流产生噪声,应台理设计两泵出口管路的长度,然后再逐渐过渡合流;并且尽量选用低噪声溢流阀。

参考文献:

[1] 官忠范.液压传动系统[M]北京:机械工业出版杜,1981.

[2] 官忠范.李笑,杨敢液压系统设计一调节失误实例分析lM .北京:机械工业出版社,1995

[3] 黄景泉空泡起始和溃灭阶段的噪声[J].应用数学和力学,1990(8)

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