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液壓滾切剪液壓系統(tǒng)壓力沖擊研究

文檔作者：王君黃慶學(xué) 韓賀永文檔來(lái)源：太原科技大學(xué)重型機(jī)械教育部工程研究中心		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年07月20日
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2014年1月
第42卷第1期
機(jī)床與液壓
MACHINE T0OL &amp;amp; HYDRAULICS
Jan．2014
Vo1．42 No．1
DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2014．01．011
液壓滾切剪液壓系統(tǒng)壓力沖擊研究
王君，黃慶學(xué)，韓賀永
(太原科技大學(xué)重型機(jī)械教育部工程研究中心，山西太原030024)
摘要：液壓沖擊會(huì)直接影響液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定和控制精度，從而影響液壓滾切剪剪切鋼板的質(zhì)量，因此有必要對(duì)液壓滾
切剪液壓系統(tǒng)中的壓力沖擊進(jìn)行研究。通過(guò)理論分析得到縮短液壓泵與液壓閥之間的管道長(zhǎng)度可以減小液壓沖擊的結(jié)論，
并通過(guò)AMESim仿真軟件對(duì)不同長(zhǎng)度液壓管道內(nèi)的液壓沖擊進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證了此結(jié)論的正確性。
關(guān)鍵詞：液壓滾切剪；液壓沖擊；管道長(zhǎng)度
中圖分類號(hào)：TG333 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001—3881(2014)1—037—3
Research on Hydraulic Impact of Hydraulic Rolling Shear
WANG Jun，HUANG Qingxue，HAN Heyong
(Taiyuan University of Science and Technology，Taiyuan Shanxi 030024，China)
Abstract：Hydraulic impact can descend the system stability and control precision，then the quality of sheared plates will be
poor．So it is necessary to research it．A conclusion was gotten that shortening the len~h of pipes between pumps and senro—valves
could． reduce the hydraulic impact by theoretical analysis．And its correctness was confirmed by simulation with AMESim software．
Keywords：Hydraulic rolling shear；Hydraulic impact；Len~h of pipes
液壓滾切剪是近年來(lái)新研發(fā)的鋼板剪切機(jī)。通常
布置在矯直機(jī)之后，主要完成鋼板的切頭、切尾、切
定尺、取樣，是保證進(jìn)入成品庫(kù)產(chǎn)品剪切質(zhì)量合格的
重要在線設(shè)備。近幾年，隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，各行
業(yè)對(duì)鋼板的質(zhì)量要求也不斷提高，基本要求鋼板切口
斷面毛刺不大于0．5 Inm，斷面垂直度90。±1。，并且
要求斷面無(wú)掉肉、重皮、刀瘤等缺陷? ，因此液壓滾
切剪液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制精度都需要相應(yīng)地提高
才能滿足市場(chǎng)的需求，剪出符合要求的鋼板。液壓滾
切剪液壓系統(tǒng)具有流量大、位置控制精度高、響應(yīng)速
度快的特點(diǎn)，因此系統(tǒng)壓力波動(dòng)很大，這將導(dǎo)致伺服
閥不能精確控制兩液壓缸的運(yùn)動(dòng)軌跡，不能完成滾動(dòng)
剪切鋼板的動(dòng)作。
現(xiàn)在有很多減小液壓沖擊的辦法，例如：伺服閥
用O型中位機(jī)能，并且采用帶阻尼的電液換向閥
或者使用蓄能器來(lái)吸收系統(tǒng)脈動(dòng) 。但是在液壓滾切
剪上采取這些辦法后，液壓沖擊依然存在，并且影響
鋼板剪切的質(zhì)量，因此，文中根據(jù)動(dòng)量定理計(jì)算出液
壓系統(tǒng)中壓力沖擊的大小，并由此分析得出延長(zhǎng)伺服
閥關(guān)閉時(shí)間和縮短壓力波動(dòng)的傳播距離可以減小壓力
沖擊的結(jié)論，從而使液壓系統(tǒng)更加穩(wěn)定，提高系統(tǒng)的
控制精度。通過(guò)AMESim對(duì)液壓管路進(jìn)行仿真以驗(yàn)證
理論分析的正確性。
1 壓力沖擊產(chǎn)生的原因
在液壓系統(tǒng)中由于某種原因，當(dāng)管路一端的流速
或壓力發(fā)生劇變時(shí)，管內(nèi)油液中會(huì)產(chǎn)生急劇交替的壓
力升降阻尼波動(dòng)的過(guò)程即液壓沖擊現(xiàn)象 。液壓沖擊
壓力波的峰值往往是正常工作壓力的很多倍，造成強(qiáng)
烈振動(dòng)和巨大噪聲，進(jìn)而使系統(tǒng)升溫、液壓元件損壞
或引起某些液壓元件誤動(dòng)作而造成設(shè)備損壞或更加嚴(yán)
重的事故。對(duì)系統(tǒng)而言，液壓沖擊是僅次于污染的第
二殺手 ，因此分析液壓沖擊現(xiàn)象，尋求減小液壓沖
擊影響的有效措施具有重要意義。
對(duì)于液壓滾切剪，液壓伺服系統(tǒng)中的比例伺服閥
在工作時(shí)處于頻繁的開關(guān)狀態(tài)，這種狀態(tài)將使管路流
速突然變化，引起管路的壓力突然升高或降低。油液
速度變化越快則瞬時(shí)的壓力升降越大，就會(huì)產(chǎn)生很大
的壓力沖擊，造成強(qiáng)烈的振動(dòng)，損壞管路和液壓元
件，使生產(chǎn)無(wú)法正常進(jìn)行。壓力沖擊和管路中的流體
質(zhì)量、流速大小有關(guān)，流體質(zhì)量越大、流速越快，在
閥關(guān)閉時(shí)產(chǎn)生的沖擊壓強(qiáng)越大。壓力沖擊分為直接沖
擊和間接沖擊兩 。
伺服閥閥芯關(guān)閉時(shí)間如果小于水擊相長(zhǎng)(沖擊
波從閥門出發(fā)沿管道往返一次所需的時(shí)間)，產(chǎn)生的
壓力沖擊為直接沖擊。設(shè)液流傳播距離為△s，液層
的速度由 變?yōu)?，壓強(qiáng)P升高△p。不考慮流體與
管道壁面的剪切應(yīng)力，根據(jù)動(dòng)量守恒定律得：
收稿日期：2012—12—29
基金項(xiàng)目：太原科技大學(xué)博士科研啟動(dòng)基金資助項(xiàng)目(20122047)；太原市科技創(chuàng)新項(xiàng)目(120164042)
作者簡(jiǎn)介：王君(1987一)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)橐簤核欧到y(tǒng)控制。E—mail：best_wangj@126．com。
· 38· 機(jī)床與液壓 第42卷
pA一(p+Ap)A： (1)
其中：A為管道橫截面積；
P為容腔中的初始?jí)簭?qiáng)；
△p為液壓沖擊；
V為液流的原速度。
所以得到在額定壓力下的沖擊壓強(qiáng)△p為：
△p：P As=P c (2)
其中：P為油液密度(900 kg／m )；
為管路中的油液流速(m／s)；
c= 是沖擊波的傳播速度(m／s)。
當(dāng)管道產(chǎn)生沖擊時(shí)，沖擊波在液體中的傳播速度為：
L：一 √ 一+ Kd (、 3)，
其中： 為流體的體積彈性模量；
E為管路材料的彈性模量；
d為管路內(nèi)徑；
6為管路壁厚。
一般情況下，為了計(jì)算簡(jiǎn)便快捷，取壓力波在礦
物油中的傳播速度為其平均值C=1．32×10 cm／s。
但是文中考慮實(shí)際的流體中含有2％左右的空氣、高
壓下管路的彈性變形、油液的黏性等因素的影響，壓
力波的傳播速度將明顯降低。在液壓伺服系統(tǒng)中，沖
擊波的傳播速度取經(jīng)驗(yàn)值為C=900 m／s。
為了避免直接沖擊壓力，通常采用閥門緩慢關(guān)閉
的方法。當(dāng)閥門的關(guān)閉時(shí)間t 大于水擊相長(zhǎng)t時(shí)，
就會(huì)產(chǎn)生所謂的間接沖擊。這時(shí)的沖擊壓強(qiáng)估算值
為：
△p =卸等
其中： ：型為水擊相長(zhǎng)；
波動(dòng)，而泵擺角的波動(dòng)會(huì)使泵的排量波動(dòng)，將導(dǎo)致泵
的輸出流量波動(dòng)和壓力波動(dòng)。
(3)壓力波動(dòng)大會(huì)使系統(tǒng)的振動(dòng)和噪聲加大，
會(huì)使管路連接接頭松動(dòng)，增加系統(tǒng)的泄漏。
因此分析液壓剪液壓系統(tǒng)的液壓沖擊十分有必
要，是保證系統(tǒng)安全運(yùn)行的前提，是提高系統(tǒng)控制精
度的必要措施。
根據(jù)該液壓系統(tǒng)的流量算出液壓剪油液速度約為
= 5 m／s，將c=900 m／s代入公式(1)中得到直接
沖擊壓強(qiáng)為：卸=pvc=900×5×900=4 MPa。
為了避免直接沖擊壓力，延長(zhǎng)閥的換向時(shí)間，使
換向時(shí)間大于水擊相長(zhǎng)，參照力士樂(lè)樣本取伺服閥關(guān)
閉時(shí)間t =80 ms，將z=35 m、t=77 ms代人公式
(4)可得間接沖擊壓強(qiáng)△p 一卸。由此看出目前的現(xiàn)
場(chǎng)布置(設(shè)置蓄能器，延長(zhǎng)伺服閥換向時(shí)間)并不
能有效減小壓力沖擊。為了進(jìn)一步減小壓力沖擊，還
可以減小管路長(zhǎng)度即水擊壓強(qiáng)傳播的距離，減小f則
水擊相長(zhǎng)t減小，從而減小水擊壓強(qiáng)，這樣有利于將
直接壓力沖擊變?yōu)殚g接壓力沖擊。因此將壓力管路長(zhǎng)
度減小為20 m，改后油液沖擊的水擊相長(zhǎng)為t=44
ms，小于閥門關(guān)閉時(shí)間，改后間接壓力沖擊最大值
卸 =△p孚= =2 MPa。
在考慮到蓄能器能夠吸收壓力沖擊的20％ 條件
時(shí)，系統(tǒng)的實(shí)際瞬時(shí)壓力沖擊為1．6 MPa左右。這時(shí)
該液壓系統(tǒng)基本上在動(dòng)態(tài)允許的沖擊壓強(qiáng)范圍內(nèi)，能
夠滿足系統(tǒng)要求。
3 仿真研究
用AMESim建立液壓管路系統(tǒng)如圖1所示。
t。為伺服閥門關(guān)閉時(shí)間；
z為中間管路長(zhǎng)度。
2 液壓剪液壓系統(tǒng)壓力沖擊的分析
液壓剪的液壓系統(tǒng)要求比例伺服閥的油源壓力恒
定，靜態(tài)允許的壓力波動(dòng)為額定壓力值的1％ ～2％ ，
動(dòng)態(tài)允許的瞬時(shí)壓力為額定壓力值的5％左右，其主
要原因有：
(1)壓力波動(dòng)大會(huì)導(dǎo)致比例伺服閥的流量增益
系數(shù)、流量壓力系數(shù)產(chǎn)生較大的波動(dòng)，這兩個(gè)系數(shù)波
動(dòng)較大時(shí)不僅影響系統(tǒng)的控制精度，而且會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)
不穩(wěn)定。
(2)壓力波動(dòng)大會(huì)導(dǎo)致恒壓變量泵變量擺角的
圖1 液壓管路系統(tǒng)的AMESim模型
系統(tǒng)選用伺服閥，選用管道類型為“Simple
f．d．￡wave equation hydraulic pipe／hose” (女口圖2所
示)，按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況設(shè)置管道通徑為25 mm，壁
厚6 mm。

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