液压破碎锤低压过滤器底阀爆破现象的探讨.pdf

上海交通大学机械与动力工程学院 范思源 上 海 工 程 技 术 大 学 汽 车 学 院 杨国平 上 海 东 空 国 际 贸 易 有 限公 司 王习兵 张 劲 摘要 对使用过程中液压破碎锤低压油管经常破裂与低压油路过滤器底阀爆破的现象进行了对比分析， 并针 对破碎锤低压过滤器底阀爆破设计了一套试验装置， 以东空T N B 一 6 M型液压破碎锤为载体进行了试验， 结合测试结 果对活塞和阀的运动情况进行了分析。 结果表明， 工作过程中在无蓄能情况下破碎锤前后腔压力均有较大的液压冲 击， 打击与换向的顺序随打击频率变化而变化 ， 冲程时间与周期的比值 约为 1 7 ． 5 ， 与理论计算最优范围有较大 出入。对底阀爆破原因进行了总结， 并就解决方案给出了建议。 关键词 液压破碎锤过滤器爆破 液压破碎锤在作业过程中， 回油管间歇回油。 为 了防止杂质由锤体进入油箱进而影响整个液压系统 ，正常工作， 通常在低压回路上连接一个过滤器。 机器 使用一段时间后，打开过滤器经常发现其底阀已经 爆破， 并未起到滤清的作用。 液压破碎锤的回油管比 高压油管更容易破裂也是长期以来存在的问题 。 从使用情况看，回油管破裂发生在分配阀回油形式 的系统，接冷凝器和直接回油箱的管路发生破坏较 少， 如发生也且多为翘曲造成的。活塞正常打击时， 脚踏阀动作将先导油路接通， 使分配阀芯动作 ， 破碎 锤工作。翘曲时， 整个油路处于关闭状态， 钢钎推动 活塞压缩后腔液压油， 引起回油管压力升高， 此为油 管破坏原因之一；正常工作时回油管间断回油造成 压力脉冲， 加之泄漏的氮气进人管路， 导致回油管振 动，此为破坏油管原因之二；第三个原因为机械振 动， 回油管连续振动引起管接头疲劳和损伤， 产生破 坏。而低压过滤器的破坏与回油形式关系不十分密 切， 与回油管破裂的原因也不尽相同， 为了寻找破坏 产生的原因，特设计以下试验。试验原理如图 1 所 示 。 试验中截止阀在不同位置时 图 2 ， 通过 3 个 传感器分别采集前、 后腔和氮气室的压力， 经手持测 量仪接收处理并输人电脑保存。以下所有曲线图中 A、 B 、 c 3 个通道分别对应图 1 中氮气室、后腔和前 基金项 目 上海市科委科技重大攻关项目 0 6 1 1 1 1 0 3 6 ‘ 5 4--- 1 ． 截止阀2 ． 溢流阀3 ． 过滤器4 ． Y C Y1 4 1 B型液 压泵5 ． 压力表6 ． 活塞7 ． 中缸体8 ． 液控换向阀 9 ． 手持式测量仪a ． 氮气室b ． 后腔c ． 前腔 图1 试验系统原理图 图 2 截止 阀开启位置图 腔。进回油管均为长 4 ． 5 II 1 、 管径 1 ／ 2 英寸 1 ．2 7 a iD _ 软管。 由图 1 可知，试验过程为 在前腔高压的作用 下， 活塞加速上移， 压缩氮气， 氮气室压力呈波浪形 上升， 当活塞运动到换向阀开启信号口位置时， 压差 霉螂 霉一 霉一 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 推动换向阀动作， 后腔接通高压油， 压力升高， 同时， 由于系统流量需求突然增大， 引起短暂供油不足， 前 腔压力有一个减小的过程。之后， 活塞制动， 速度减 小， 系统压力上升 ， 并形成第一对波峰 P H1 和 P L 1 ； 之后为加速度极大的冲程， 系统油压突降， 氮气室压 力降至最低， 活塞撞击钢钎 ， 瞬间停顿， 系统压力急 剧增大， 前腔形成第二个峰值 P H 2 。对比所有测试 结果发现， 在不同的压力流量组合下， 换向阀换向与 打击的先后顺序不同。图 3中为先打击后换向， 完 成换向时， 前腔压力有一个小的爬升。如果先换向， 则换向时前腔压力减小速率减慢。 图4 为测试全貌， 表 1 为峰值记录。 P H行斜线后面数值为该工况下实际作用到锤 上的前腔平均压力， P L 行后面为回油背压。根据表 1 可知，在无蓄能器的情况下 ，系统压力有较大波 动， 最大波峰值可为系统压力的 1 6 8 ％。 在设定溢流 压力分别为 1 0 M P a 、 1 2 M P a 和 1 6 M P a 时， 破碎锤前 腔平均压力约为 9 M P a 、 1 0 M P a 和 1 0 M P a ，且随着 截止阀开口的增加， 压力值逐渐减小， 但打击频率有 一 个 明显的提升。 图5 ～图8 为部分结果曲线。 观察所有试验曲线可知， 当截止阀开启至 A位 置时， 先换向后打击， 如图5和图 7 所示 ， 其余皆为 打击过程在前，即流量对冲程末的换向阀和活塞的 耦合有较大影响。将液压站压力分别设为 1 0 M P a 、 l 2 M P a 和 l 6 M P a 时，换向阀打开时的最大后腔压 力均大于 1 0 M P a 。 虽然存在沿程压力损失和局部压 力损失，换向阀打开时后腔的压力并不等于作用到 过滤器上的压力，但可以肯定压力脉冲是引起过滤 器底阀爆破的主要原因， 根据 2 ～ 3 M P a 的回油背压 来选择过滤器是不合理的。 近几年来，液压破碎锤的发展趋势是取消回油 蓄能器， 有些品牌与型号的液压锤把原有的高压蓄 能器也撤消了， 如工兵的 G B 8 A T ， 几乎所有品牌小 型液压锤都不配置高压蓄能器，这样做主要有两个 方面的原因 1 锤体结构对蓄能器的限制， 使得内 4 ． 4 3 2 5 3 0 4 ． 6 2 8 4 ． 7 2 6 4 ． 8 2 4 4 ． 9 2 2时间／ s C ha n A O ． 1 1 4 ． ．1 ． 8 8 6 a C h a n B O ． 1 1 4 ． ．1 8 ， 8 6 a C h a I 1 C - 0． 1 1 4． ． 1 8． 86 M P a T i m e 4 ． 4 3 2 ． ． 4 ． 9 2 2 S 图 3 溢流压力为 1 6 MP a 、 截止阀开启至 C位置前、 后腔和氮气室压力曲线 压力p ／ Ⅱ a 图 4 溢流压力为 1 6硼P a 、 截止阀开启至 C位置测试结果全貌 C B 一 5 5一 ∞ 篁 时 0 舱舱舱舱}8好 H 蚴雌雌 蝴 舭 0 t I 时 0 黼 {晷 埘 猫 l鸯 黼 {謇镪 猫 l鸯 m L L L L L Q Q n Q n tI时 0 l蠡{謇 镪 猫 l鸯黼 {謇镪 猫 l鸯 m L L L L L Q Q n Q n t I 时 0 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 复 表 1 lv-J压 fJ、流 量 组 合 测 出 的 两 腔 压 力 峰 值 对 照 表 设 定 压 力 截 止 阀 位 置 A B C D I l ／ MPa PH1 7 ． 7 3 ， 9 - 3 5 7 ． 7 8 ， 9 ． 1 6 7 ． 7 9 ／ 9 ． 0 3 7 ． 7 8 ， 9 ． 0 9 P Ll 7．0 8 ／ 0 ． 9 7 7 ． 2 8 ， 0 ． 8 1 7 ． 3 4 ／ 0 ． 7 3 7-3 1 ， 0 ． 7 7 1 0 PH2 1 5 ．06 ／ 9 - 3 5 1 0 ．7 0 ／ 9 ． 1 6 1 1 ． 1 2 ／ 9 ．0 3 1 0 ． 0 5 ， 9 ． 0 9 P I 2 0 ／ 0 ． 9 7 6 ． 6 7 ， 0 ． 8 1 6 ． 8 ． 7 3 6 ．7 8 ， 0 ． 7 7 P H1 9 ． 7 2 ， 1 1 ．4 3 9 ． 5 6 ／ 9 ． 8 1 9 ． 2 4 ／ 9 ． 7 4 9 ． 1 7 ， 9 ． 4 2 P L 1 9 ． 1 6 ， 2 ． 2 3 9 - 3 3 ， 2 ． 5 3 8 ． 9 3 ， 2 ． 0 8 8 ．9 0 ／ 1 ．3 0 1 2 P H2 1 9 ． 2 0 ／ 1 1 ． 4 3 1 0 ． 9 4 ／ 9 ． 8 1 9 ． 6 8 ／ 9 ．7 4 9 ．4 7 ／ 9 ．4 2 l l PI2 0，2．23 10．07／2．53 9．57，2．08 9．61／1．30 P H1 1 3 ． 4 2 ， 1 5 ． 2 5 1 1 ． 4 3 ／ 1 0．0 8 1 0 ． 4 7 ／ 9 ． 7 4 1 0 ． 4 4 ／ 9 ． 8 7 P L1 1 2 ． 8 3 ， 4 ． 6 2 1 0 ． 9 2 ， 1 ． 7 7 1 0 ． 3 8 ／ 1 ． 4 6 1 0 ． 0 1 ／ 1 ． 5 0 1 6 PH2 2 3 ．0 3 ／ 1 5 - 2 5 1 2 ． 8 9 ／ 1 0 ．0 8 1 2 ． 2 1 ／ 9 ． 7 4 1 2 ． 1 9 ， 9 ． 8 7 P L 2 0 ／ 4 ． 6 2 1 2 ． 3 7 ／ 1 ．7 7 1 1 ．4 2 ／ 1 ． 4 6 1 1 ． 2 7 ／ 1 ． 5 0 一 ⋯ ⋯ 拖 8 o C h a n A - J f 礁8 o ～| ． ⋯ 弋 ． ’ ＼ 1 1 彳 、 畸 一 ⋯ 您8 o 1 n8 o 矾小 叫 j l ＆8 0 ∞ l J． 一 蚋 6 ． 8 0 萎 附 __ 一 ’ ； j I 3 i I’ 疆 彝 ’ 0 龟 8 o l l { l 2 8 o B ～ 蹴 n8 0 1 ． ∞ ⋯ ⋯ 2 ． 0 1 6 刷 曲 s l 7 ． 3 2 ． l 3 2 1 ． 5 3 2 l 3 2 C la a n 一、 ’ l l 3 2 ， ， 1 ． 3 3 2 l 3 2 ’ ’ i ， 、 ～ l 1 ． 3 2 1 ．1 3 2 l L 3 2 0 ． 9 3 2 u 9 ． 32 妒 1 ～ ￡ 弛 一 P 3 2 ∞ 磊 732 星 7 ．32 |． 蕊 i 一 ] I』 I l 鼬 州 ； r-, 6 Q 5 3 2 6 5 ．3 2 矗 ～ 7 ． 3 2 g I ’ l 曩 3 2 3 3 2 3 2 3 2 l n 1 ∞ 1‘ C h a n B l 磊 1 ． 3 2 ⋯一 ⋯一 ． 。l U V m IV - - m 臌 n鹤 一 5 6 2 ． 8 8 2 2 ． 9 8 4 3 ． 1 0 4 3 ． 2 2 6 3 ． 3 4 6 3 ． 4 6 8时间／ s 图6 溢流压力为 I O MP a 、 截止阀开启至 D位置前、 后腔和氮气室压力曲线 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 26 1 6 2 3 5 l 20 8 7 L8 2 2 1 ． 5 5 8 L2 9 3 量1 ． 0 2 8 0 Q 7 6 4 Q 4 9 9 Q2 3 5 吨 ∞0 1 ． 8 0 3 L6 2 0 1 ． 4 3 8 L2 衢 1 ． o 7 3 Q8 9 0 粤 Q 7 昕 U Q 5 2 5 Q3 4 2 Q l 6 0 _ n0 嚣 Ch a n C | I 她 I ， l l l l I l l ⋯h上 山～ 。 c h a n B i l ⋯ _ _ 一 ’ l i } } 图 7 溢流压力为 1 6 MP a 、 截止阀开启至 A位置前、 后腔和氮气室压力曲线 图8 溢流压力为 1 6 MPa 、 截止阀开启至 D位置前、 后腔和氦气室压力曲线 置式蓄能器常成为破碎锤的故障源，并且高压蓄能 器必须由专业人员维修， 影响机器正常作业。 高故障 率和维修不便导致内置式蓄能器逐渐被淘汰。 2 蓄 能器的主要作用是补油 满足活塞运动所需 和消峰 保护液压泵 ， 补油的作用是主要的。 使用中安装在 挖掘机动臂根部的蓄能器一旦出现故障必然引起破 碎锤工作异常即能说明它的作用。目 前中小型号液 压锤前后腔结构改进为差动补油，使得系统自身可 满足液压锤对流量的要求，故许多公司将蓄能器仅 作为一个选配部件。小型液压锤流量小， 压力小， 挖 掘机可以满足其流量要求， 即使有冲击， 叠加后的压 力也不致过高， 所以小锤一般不配高压蓄能器。 由于工况特殊， 不易保持阀门动作平缓， 为了保 护低压过滤器和冷凝器，有必要为系统配置一个回 油蓄能器，因为即便是小型锤也会产生类似于氮爆 锤的较大液压冲击。当然也可以根据系统压力选择 较大压力的过滤器。 参考文献 [ 1 ] 雷天觉， 杨尔庄 ， 李寿刚． 新编液压工程手册[ M ] ． 北 京 北京理工大学出版社， 1 9 9 8 1 5 3 1 ． 通信地址 上海市宝山区竹韵路 2 5 9弄 3号 9层 9 0 1室 2 0 1 9 0 1 收稿 日期 2 0 0 7 1 1 3 0 一 5 7 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m