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YanTai Desay Machinery Co., Ltd
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YanTai Desay Machinery Co., Ltd

蓄能器在液壓系統中的應用分析與檢修


        [摘要] 本文就HBTZ60型混凝土泵的液壓原理分析了蓄能器在液壓在系統中的具體應用,闡明了蓄能器在液壓在系統中重要作用,介紹了蓄能器的內部結構,并針對蓄能器在液壓在系統所出現的故障隱患作了詳細分析和判別。
        [關鍵詞] 原理蓄能器分析
        蓄能器是一種能把壓力油的液壓能儲存在耐壓容器里,待需要時又將其釋放出來的一種裝置。在液壓系統中的主要功能是儲存能量,吸收脈動壓力,吸收沖擊的作用。蓄能器按結構分為重力式彈簧式和充氣式三種。其中充氣式又分為氣瓶式、活塞式和皮囊式。皮囊式蓄能器具有結構尺寸小,重量輕,安裝方便,維護簡單,皮囊慣性小,反應靈敏的特點。所以在液壓系統中應用較廣泛。
        在混凝土輸送泵的液壓系統中,皮囊式蓄能器的用途特點則非常突出,就以HBTZ60型混凝土泵的液壓原理為例,分析蓄能器在系統中的具體運用。

1 吸油濾油器、 2電機、 3變量柱塞泵、 4 雙聯齒輪泵、 5 空氣濾清器、 6 先導式卸荷閥、7測壓接頭、8先導式溢流閥、 9散熱器、10回油濾油器、11“M”型電液換向閥、12插裝式單向閥、13主油缸、 14 高低壓切換閥、 15 壓力表、 16 蓄能器、17 閘板閥油缸、 18油馬達、 19電磁換向閥 、20“O”型電液換向閥、21疊加式溢流閥
HBTZ60型混凝土泵液壓原理圖
        由上示原理圖可知,系統可分為3部分:主油路系統,分配閥系統和攪拌系統。主油路系統由變量柱塞泵3、吸油濾油器1.1、先導式溢流閥8、“M”型電液換向閥11、主油缸13、插裝式單向閥12、高低壓切換閥14等組成.當電機2起動,變量柱塞泵3就向系統供油.油液經“M”型電液換向閥11驅動主油缸13工作.電液換向閥11的換向動作是電控的,它的兩個電磁線圈輪流通電,使兩個主油缸輪流進油及回油.不通電時,進入電液換向閥11的液壓油經T腔流回油箱,主油泵處于卸荷狀態.主油泵最大工作壓力由先導式溢流閥8控制,調定壓力為28MPa.當系統工作壓力達到12.5 Mpa,也就達到了變量柱塞泵的變量壓力起點,主泵開始隨著壓力的升高,逐漸降低排量.這種變量方式能夠充分利用動力機的功率,提高整機的使用效率.主系統具有高低壓切換功能,由高低壓切換閥14控制實現, 高低壓切換閥控制主油路接通主油缸無桿腔時,是高壓小排量泵送;控制主油路接通有桿腔時,是低壓大排量,用戶可根據現場情況隨意選擇.推送機構的兩個主油缸有桿腔或無桿腔相溝通,形成閉合油路.每當活塞運動到行程終點后,壓力油會自動打開油缸插裝式單向閥12向閉合油路補油一次,實現自動補油功能.同時靠行程開關的控制自動換向。
        分配閥油路由齒輪泵4、先導式卸荷閥6、蓄能器16、“O”型電液換向閥20、吸油濾油器1.2及閘板閥油缸17組成。油泵4出來的壓力油經過先導卸荷閥6到蓄能器16和“O”型電液換向閥20,后驅動閘板閥油缸17。此電液換向閥的液動滑閥機能為“O”型.當電磁閥不通電時,液動閥各通道全部被隔斷.壓力油首先注入蓄能器16.蓄能器16內的油壓升到調定值14MPa時,壓力油把先導卸荷閥6的回油通道打開,油泵卸荷.又由于先導卸荷閥內的單向閥的作用.系統壓力油不會倒流,蓄能器16起著保壓作用,維持著先導卸荷閥6的開啟狀態,油泵穩定卸荷.
        所以,在這個液壓系統中要求閘板閥油缸17必須換向迅速、及時。閘板閥的換向時間取決于兩個因素,一是閘板的運動軌跡要盡可能短;二是換向速度要盡可能快。所以要求液壓系統要有足夠的壓力和流量。一般換向動作應在0.15-0.3s內完成。如果沒有較快的換向動作,容易產生混凝土從輸送管向工作缸倒流,使容積效率降低,從而降低工作效率。
        因此,蓄能器在分配閥系統起輔助動力源的作用,當電訊號輸入到“O”型電液換向閥20時,換向閥動作,蓄能器壓力油迅速釋放,確保換向及時可靠。所以在選擇油泵時,按分配閥系統所需的平均流量來選擇,而不需根據閘板閥油缸在較短時間內換向所需的最大流量來選擇。因此用一個較小的泵就可滿足使用,在本系統中用的是38泵,這樣充分利用了泵的功率,減少了系統發熱而且也減少了傳動功率,使液壓系統尺寸小、重量輕、降低了成本。
        蓄能器在分配閥系統還起補充泄露和保持壓力的作用。在本系統中,先導式卸荷閥6的作用是當蓄能器工作時,使油泵卸荷,節省能源。當一次換向后,油液進入閘板閥油缸,使活塞快速動作.蓄能器內的壓力油被消耗一部分,系統油壓下降,但蓄能器還保持一定高的壓力,卸荷閥還處于卸荷狀態。當再次換向后,系統壓力低于卸荷閥的相對應的切換壓力差時,停止卸荷,油泵又向系統供油,直到油壓升高到調定值。卸荷閥的壓力調至14MPa,因為卸荷閥的滑閥面積比錐閥面積的大17%,所以滑閥上的作用力也比錐閥大17%,所以系統壓力低于卸荷閥的相對應的切換壓力差時,即14X1-17%)≈12Mpa才停止卸荷。這也說明為什么分配閥油缸動作兩次油泵才向系統供油,也進一步說明蓄能器在系統中的補充泄露和保持壓力的作用。
        蓄能器還在系統中起減小壓力沖擊和壓力脈動的作用。因為電液換向閥在換向瞬間,或油泵突然停車,甚至人為的執行元件緊急制動等原因,都會使管路內液體流動發生急劇變化,而產生壓力沖擊,雖然系統中設有卸荷閥,但他響應稍慢,因而瞬時壓力增高,其值可能高達正常壓力的幾倍以上。壓力沖擊常使密封裝置、管道或其它液壓元件損壞,引起系統的振動和噪聲。所以在本系統中,蓄能器的存在大大減小了壓力沖擊,緩沖了系統脈動,確保了系統其穩定性。
        蓄能器在系統中起緊急動力源的作用。當液壓系統突然停止工作,或泵機長時間不工作時,我們要把閘板閥油缸缸桿收回,以保護油缸活塞桿不至于被撞擊或劃傷,這就需要蓄能器來完成。從而釋放液壓系統中的壓力,讓系統處于零壓力狀態。
        在本系統中,蓄能器另一個重要的作用是為電液換向閥提供了可靠的先導換向壓力油。在分配閥油路有條油管通到“M”型電液換向閥11和高低壓切換閥14,用來推動液壓閥閥芯,確保電液換向閥換向及時、可靠。
        蓄能器在液壓系統中的作用是至關重要的,如果蓄能器出現故障,又會是如何呢?分析如下:
        皮囊式蓄能器是由充氣閥、殼體、氣囊和提升閥組成,殼體上端充氣閥用來為氣囊充氣,平時充氣閥是關閉的,氣囊一般充的是氮氣,囊外貯油液,氣囊與充氣閥一起壓制而成,殼體下端是提升閥,它能使油液通過閥口進入蓄能器而又能防止當油液全部排出時,氣囊膨脹出殼體之外。所以蓄能器出現故障,主要是氣囊的問題,即氮氣壓力偏低、沒有氮氣壓力兩種情況。
        如果氮氣壓力偏低,分配閥油缸換向動作緩慢、無力,同時發現壓力表指針波動較大,出現一次一補油的現象。氮氣壓力偏低一是充氣壓力偏低,二是充氣閥關閉不嚴或氣囊漏氣。如果是后者,系統出現不保壓。當操作泵機卸壓時,發現壓力表指針下降后馬上會有小的彈復,可判定氣囊漏氣,需要更換氣囊。
        如果沒有氮氣壓力,同樣分配閥油缸換向動作緩慢、無力、系統不保壓,同時發現油缸每動作一次,壓力表指針下降為0或接近為0,由此判定氣囊破碎,需要更換。
        如果懷疑蓄能器出現故障時,首先應檢查蓄能器的充氮壓力,最直接的方式是啟動泵機,當分配閥油路壓力達到14Mpa時,停機扳動分配閥左/右開關,仔細觀察蓄能器在排油過程中壓力表的變化,壓力表指針慢慢下降,當達到蓄能器充氣壓力時,蓄能器的提升閥關閉,壓力表指針迅速降到零,則壓力表指針在迅速降到零時的那一數值就是蓄能器的充氮壓力。另一種方式是用充氮工具直接測出充氮壓力,這種方式需要打開蓄能器的充氣閥,每測量一次,要釋放出一些氮氣,所以不適合測容量小的蓄能器。在本系統中,蓄能器的充氮壓力為8-9Mpa,如果充氮壓力過高,也會出現一次一補油并伴有閘板閥運動不到位的現象,因為充氮壓力過高,蓄能器貯存的油量太少,滿足不了閘板閥油缸的用量,所以,泵機不會正常工作。
        在實際操作當中,有時還會遇到油箱噴油的現象,這是由于蓄能器氣囊受壓破碎,大量氣泡進入油液中,使油液的可壓縮性增加(因為氣體的可壓縮性在常態下比油液品大約1萬倍),由于油液從高壓突然降為低壓,流回油箱的油液在箱內急劇膨脹,油箱內的壓力高于大氣壓,使油液混同空氣一起從通氣孔排出,從而出現噴油現象。
        蓄能器在液壓在系統中屬于危險部件,所以在操作當中,要特別注意。當出現故障時,切記一定要先卸掉蓄能器的壓力,使系統處于無壓力狀態方可進行維修,以免發生意外事故。
        參考文獻: 趙顯新 工程機械液壓傳動裝置原理與檢修 遼寧科學技術出版社 2000 107

2009/4/11
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