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在液压系统调试和更换备件过程中，液压系统元件和检测仪表的损坏或失效比较常见，除了部分是由于设计选型欠当外，绝大部分是由于设计、调试、使用人员对液压冲击没有给予足够重视，没有认识到液压冲击对系统内元器件的损害，没有采取必要的避免手段。 1 液压冲击 1.1 液压系统常见液压冲击成因 1 .1 .1 流体内气体产生的液压冲击 由于液压介质的固有特性和安装调试的原因，液压系统中会掺混部分空气和溶解于油的气体。在油液流动过程中，当压力下降到低于工作温度下油液的气体分离压时，溶于液压介质中的气体迅速分离出来，形成气泡（空穴现象），掺混的空气和这部分气体共同形成的气泡随油液流到压力较高的部位时，气泡被压缩而导致体积变小，气泡压缩呈绝热状态，引起油温急剧升高可达近千度，加速油液氧化。气泡被压缩破裂，瞬间将产生很强烈的液压冲击产生极高的峰值压力，导致液压元器件失效。严重的还会形成气蚀，影响系统元器件的使用寿命。 1 .1 .2 流道突变产生的液压冲击 当液压介质在流道中流动时，如果流道如阀门等骤然关闭或关小，液体流速将随之骤然降低到零或一个很小的速度，在这一瞬间液体的大部分动能都转换为液体的压力能，使液体压力突然升高，并形成压力冲击波。 1 .1 .3 执行机构运动中引起的液压冲击 执行机构（液压缸或液压马达等）在运动过程中，通过主换向阀换向，来实现执行机构的停止和反向运动，这个过程中原高速运动机构的动能最终转换成了液压介质的压力能，导致了液压冲击的产生。 1 .1 .4 其它原因 系统负载大小、速度突变； 液压系统的共振； 液压系统的执行元件(液压缸或马达)带载起动； 液压执行元件中的大量高压油突然与大气接通； 背压阀压力过低； 高压下溢流阀突然卸荷等都会引起液压冲击。 一般来说液压冲击产生的峰值压力，可高达正常工作压力的3～4 倍，极限峰值可达10 倍，使管路破裂、液压元件和测量仪表损坏，引起液压系统升温，产生振动和噪声以及连接件松动漏油，使压力阀的调整压力（设定值）发生改变。压力冲击的过程持续时间一般都是ms 级，很短，易被忽视。 1.2 常见液压冲击分析计算 在设计阶段，压力冲击峰值可以通过仿真软件或简化的计算公式估算。工程实践中，通常用能量法计算液压冲击的峰值。 1 .2.1 液压阀门关闭产生的液压冲击的计算 根据Joukowsky 等式估算油源到阀之间最大压力冲击 Δp=ρaΔv (1) 式中，ρ为液体密度；Δv 为v-v1；Δv 为液体速度的变化；v 为状态改变前的液体速度；v1 为状态改变后的液体速度；a=压力波的传播速度；  式中，K 为液体的弹性模数；E 为管路中的弹性模数；D 为管子内径；δ 为管子壁厚。压力波运行至管路另一端并在在时间t （反射时间）后又到达阀。  式中，L 为管子长度。设T 为阀的有效工作时间（关闭）  1 .2.2 执行机构停止形成液压冲击的计算根据受力分析，可分别计算阀到缸之间A、B 两管内的压力冲击。压力冲击计算除需要考虑液体动能转化的压力增量外，运动部件的惯性产生的压力增量ΔP=ΣmΔV/(AΔt)也需要计算。式中,Σm 为运动部件的总质量;A 为运动部件的有效端面积;Δt 为制动时间;Δv 为速度改变值。1.3 液压冲击常用应对措施1 .3.1 流体内气体产生的液压冲击应对措施采用较大直径的吸油管，减少管道局部阻力防止泵产生吸空形成空穴；采用大容量的吸油过滤器防止形成空穴；泵的吸油管与系统的回油管间隔距离要远，油箱内采取消泡措施；运行前将吸油管及泵体灌满油液；检查并保持油管的密封良好，避免吸空；检查过滤器是否堵塞避免造成空气分离现象；大惯性的执行器油路中设置补油回路和高频响安全阀；设计、安装时避免管路、阀块流道及接口尺寸的剧烈变化；在调试、维修中，必须排除元件及管路、油缸、马达中的空气；在液压缸和管道相对上部设置排气装置；根据液压系统流量，设置合适的油箱，防止由于油箱内液面波动过大，空气混入液压介质中。在液压系统调试初期，因气泡造成元件和仪表破坏失效尤其突出，危害性甚于压力冲击。1 .3.2 流道突变产生的液压冲击应对措施：系统设计时考虑在冲击源处设置液压减振器（如蓄能器），调试时合理设置换向阀的开关时间和液压缸马达等执行器的启动、制动时间。在液压系统中，完全避免压力冲击是很难的，可以采取必要的措施减少其造成的影响。如，在调试期间尽量把阀门开启关闭的时间延长，以缓和液压冲击；在紧靠冲击源附近设置安全阀；在易产生液压冲击源（如阀门）前设置减振器（蓄能器），蓄能器在按预设压力范围内把液体动能转化为势能加以吸收。减振器（蓄能器）的设计选型：蓄能器内氮气按绝热变化，推荐的蓄能器公称容积按如下公式确定。  式中，m 为管路力油液的重量；v 为油液的速度；p1为额定工作压力；p2 为设定的允许工作压力；p0 为氮气预充压力。1 .3.3 执行机构运动引起液压冲击的应对措施通过先导阀控制主阀、采用合适的过渡机的阀、采用比例阀控制启动、制动时间，在油缸两端设置缓冲阀或采用缓冲结构，在回路中设置高响应的安全阀及缓冲回路等措施，避免运动的动能突然转化成液压介质的压力能，从而减少液压冲击。2 针对液压冲击使用压力检测元器件压力检测器件在量程内使用，输入输出是呈线性变化的，如图1所示。  图1 传感器压力测试曲线2.1 合理选择量程从图1 可以看出，超量程使用会造成传感器应变膜片的塑性变形，从而输出值有较大误差，初始残余值难消除。这就要求设计时按照精度的要求，合理选择量程。量程应该超过最大压力20%（包括压力尖峰和压力波动值），至少超出安全阀设置值1.2倍。量程过大，分辨率降低。如：武钢某厂高压水除鳞系统压力38 MPa, 外方疏忽选择了量程40 MPa 的传感器，在调试和使用中，由于水锤造成传感器破坏经常发生。后改用60 MPa 量程的传感器，再未发生损坏传感器的故障。通常选择量程是实际工作压力的1.5～2 倍，对于压力冲击和有水锤的场合，在不影响精度和响应速度的前提下，可适当扩大量程范围。2.2 加装适当的阻尼在传感器和压力继电器油口加装阻尼，既能保证分辨率，又可避免冲击过载造成传感器应变膜片塑性变形而失效。一般阻尼将影响传感器频率响应大约1 ms~10 ms。德国HYDAC 公司有专用标准0.3 mm、0.5 mm、0.8 mm 阻尼供选，也有本身加装了0.5 mm 阻尼的标配传感器。图2 是不加和分别加0.3 mm、0.5 mm、0.8 mm 阻尼的动态响应曲线。图3是加装0.5 mm 的阻尼的传感器实验测得的压力响应曲线，试验证明0.5 mm 阻尼具有很好的响应性能，能满足大多数工业应用场合，上升时间延迟不超过1 ms，且能有效的保护传感器。对于要求压力响应特别特别高的地方，可以在调试阶段，不妨先加装阻尼，等系统运转正常后再拆除。注意：阻尼并不能解决气泡压缩破裂造成局部高温、高压的冲击问题,实验表明，压力尖峰持续时间超过3 ms，将会对传感器膜片造成危害，阻尼也就起不到多少作用了。  图2 带不同阻尼传感器幅频相频特性曲线  图3 安装0.5 mm 阻尼的动态响应曲线2.3 正确安装测压口尽量不要取自有污染物沉积的下部；不应开在管道（阀块）上部气泡容易积聚的部位和局部流速快的部位；测压口尽可能开在管道侧面，尽可能采用测压软管，隔离机械振动。2.4 采取排气措施设计时在液压缸、管路、阀块等局部高位合理设置测压排气接头，在安装调试、检修时充分对系统进行排气。在系统调试初期，冲击振动比较大，系统中空气未能充分排放，应当暂时断开系统中的敏感测量元件，确认充分排气，运行平稳后再连通压力传感器和压力继电器。2.5 制定调试和检修规程制定调试和检修规程，在调试、使用中充分认识液压冲击的危害，调试时按步骤、按计划进行，可以大大减少液压冲击对液压系统元器件，特别是压力检测元器件的损害。一些经验欠缺的现场调试人员，调试方案不尽科学，在调试期间造成系统元器件、仪表、管路接头等损坏现象的概率明显高，这需要引起安装单位和系统成套厂、用户的充分重视。3 结论根据以上分析、计算，必须在液压系统设计、制造、安装、调试、检修过程中，充分认识到液压冲击的危害性，采取必要措施，防止对元器件尤其是敏感测量仪表（压力传感器、压力继电器等）的损坏，保证系统的稳定、可靠运行。参考文献[1] 雷天觉.《液压工程手册》[2] HYDAC 公司资料 本文作者：刘斌奇（中冶南方工程技术有限公司），沈为民、刘德军（武钢热轧总厂） |
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