液压系统蓄能器的应用研究

赵慧江

（河北西姆克科技股份有限公司，河北石家庄 050000）

0 引言

在液压系统的系统正常运行、工作寿命延长、动态品质改善及噪声消减中，蓄能器发挥的作用极为重要。倘若所选蓄能器容量偏小，或是不匹配系统结构，那么其使用效果就无法达到最佳。以结构为依据划分蓄能器，主要包含重力式、弹簧式和气体式。而气体式中的皮囊式，凭借自身重量轻、结构尺寸小、反应灵敏及安装便利等优势，在液压系统中得到了较为广泛的应用。本文围绕液压系统中皮囊式蓄能器的具体应用展开研究。

1 蓄能器分类

以结构为依据划分蓄能器，主要包含重力式、弹簧式和气体式。就重力式蓄能器而言，主要是在密封活塞上增加质量块加载数量，转化液压系统中压力，当其成为重力势能之后积蓄。此类蓄能器拥有稳定的压力，且结构十分简单，只是在安装方面有局限性存在，不支持垂直安装以外的方式，且密封难度较大、缺乏灵敏性。通常，该蓄能器仅能在固定重型液压设备中使用；其次，弹簧式蓄能器是在压缩弹簧的作用下，使液压系统中的过剩压力转化为弹簧势能并存储。此类蓄能器具有结构简单、成本低的优点，但是因有限的弹簧伸缩量及其伸缩对压力变化并不敏感的缘故，仅在小容量、低压系统中适用；最后，气体式蓄能器是以波义尔定律为基础，使用期间首先需要将预定压力的气体或氮气充入蓄能器中，一旦蓄能器内部压力低于系统压力，此时就会有气体被油液压缩的情况出现，会逐渐转化油液内的压力，使其成为气体内能[1]。当蓄能器内部压力比之系统压力更高时，由于高压气体的影响，蓄能器内油会流转至外部系统，能量释放。此类蓄能器以结构为依据主要可由活塞式、非隔离式、隔膜式及气囊式等组成，在充气压力的选择时必须确保合理性。而因重力式、弹簧式蓄能器具体应用中始终存在局限性的缘故，所以并未得到大范围的普及，气体式才是运用最为广泛的蓄能器。

2 蓄能器在液压系统中的应用

砼输送泵液压系统中的皮囊式蓄能器，具有极为显著的用途特点。本文介绍HBTZ60 型砼泵液压系统中蓄能器的具体运用。系统主要是由主油路、分配阀及搅拌系统等3 部分组成（图1）。

2.1 主油路系统

图1 HBTZ60 型砼泵液压原理

主油路系统基本是由主油缸、插装式单向阀、变量柱塞泵、吸油滤油器（右）、先导式溢流阀、M 型电液换向阀和高低压切换阀等组成[2]。变量柱塞泵在启动电机之后会朝着系统供油，油液通过M 型电液换向阀之后为主油缸的工作提供驱动力。两个电磁线圈在电液换向阀的作用下轮流通电之后，依托电控，两个主油缸即可分别、轮流进、回油。

主油泵工作的调定最大压力值为28 MPa，由先导式溢流阀负责控制。12.5 MPa 的系统工作压力时，恰好同等于变量柱塞泵变量压力起点，当压力升高之后主泵的排量也会逐渐下降。此类变量方式是在尽量提高动力机功率运用效率的基础上，促使整机使用效率得以实现最大化。依托高低压切换阀的控制，主系统得以实现高低压切换。闭合油路的形成主要是推送机构两个主油缸与有杆腔、无杆腔相互连接，油缸插装式单向阀的作用下，压力油会在活塞运动到达终点后自动完成闭合油路的补油。而在行程开关的作用下可自动更换方向。

2.2 分配阀系统

分配阀系统的组成主要包含吸油滤油器（左）、蓄能器、齿轮泵、闸板阀油缸、先导式卸荷阀和O 型电液换向阀。经过先导卸荷阀后的油泵内压力到达蓄能器、O 型电液换向阀之后，并为闸板油缸阀提供驱动力[3]。该电液换向阀拥有O 型的液动滑阀机能，电磁阀处于未通电状态时，会隔断液动阀的所有通道。注入蓄能器的压力油会在油压到达14 MPa 的调定值后，先导卸荷阀回油通道最先被开启。系统压力油由于先导卸荷阀内单向阀的存在，倒流的情况并不会发生。

该液压系统中，必须实现迅速、及时的闸板阀油缸换向，因此必须着重考虑2 点：①必须尽量缩短闸板运动轨迹；②尽量提高换向的速度。因此，必须保障液压系统内充足的流量与压力。分配阀系统中，蓄能器所发挥的作用为辅助动力源，换向阀会在电讯号到达O 型电液换向阀后被开启，此时会高速释放蓄能器压力油，从而能够实现及时换向。这样，在油泵的选取中，最为关键的是要与分配阀系统流量平均需求相结合。

3 蓄能器故障诊断与处理

3.1 皮囊寿命短

存在大量可对皮囊使用寿命造成影响的因素，例如皮囊自身材料及加工质量；所选工作介质与皮囊间的化学反应；外界污垢侵入蓄能器；设计选型中缺乏合理的工程容量；工作介质温度不合理；液压系统管理是否准确安装；作为辅助动力源时，是否以合理的范围控制往复频率（＜1 次/10 s）等。而要想使皮囊使用寿命得以延长，避免正常工作中皮囊出现过度紧缩或膨胀情况，应当考虑p0＞25%p1＞33%p2。

3.2 吸收脉动能力差

液压系统压力脉动是否能够实现有效吸收，主要是由蓄能器安装位置、液压系统管路布置决定。要想将蓄能器吸收压力脉动的作用充分发挥，在安装蓄能器时就必须尽量与动力源接近，同时尽可能缩短蓄能器管路连接液压系统主管路分支点的管路，在确保合理的基础上尽量选择更大的通径。倘若蓄能器安装位置缺乏合理性，那么不但无法将压力脉动吸收的作用发挥，甚至会使脉动更剧烈。

3.3 内部压力严重下降

我国皮囊式蓄能器充气阀形式多为单向阀，密封是凭借密封锥面进行的。整体液压系统中，由于蓄能器能够发挥缓解冲击、吸收脉动的作用，当其遭受振动之后，单向阀阀芯会出现松动的可能性，锥面也会出现不紧密的贴合。同时阀芯锥面若有污垢存在，皮囊也会出现漏气。对此，应当研磨密封锥面，或是拆卸、清洗，以此将蓄能失效的情况避免。

3.4 流量稳定性差

蓄能器充放液瞬时流量具备变性，在容量较大且Δp=p2-p1范围较大的系统中，为确保瞬时流量较大且较稳定，可考虑下列措施：首先，设计选型中可考虑以并联的方式将多个公称容量偏小的蓄能器连接，取代公称容量偏大的蓄能器[4]。并联后的蓄能器能为自身充气压力的使用提供差异性保障；其次，整体液压系统中，增设蓄能器与执行元件间控制流量的装置。尽可能地将有效工作压力范围减少，或是将蓄能器公称容积尽量增大；最后，确保一个工作循环内充液时间足够，对充液过程予以严格控制，将系统其他部位内泄漏的情况尽量避免，以便蓄能器在充液过程能够迅速达到p1的压力之后，再释放能量。

4 蓄能器的使用注意事项

（1）蓄能器的安装位置应着重考虑检查、维修的便利性，并与热源保持适当的距离。

（2）气囊式蓄能器内部气囊切忌充氧气，仅能充氮气，以免发生爆炸。

（3）气囊式蓄能器油口安装应当垂直向下，同时采取支持架、支持板进行固定，将飞起事故发生的可能性降低至最大限度。

（4）蓄能器为压力容器，气囊式蓄能器上切忌出现焊接、铆焊或机械加工及敲打等。

（5）气囊式蓄能器若是处于充油状态，切忌拆卸，以免出现人身、设备事故。

（6）针对蓄能器充气压力，应当采用充气工具以半年为一周期定期检查一次，倘若充气压力下降需要及时完成氮气的补充，促使蓄能器能将充足的压力油供给系统；最后，需对蓄能器表面处理层、内部锈蚀情况定期展开检查，且需及时检修或更换出现问题的部位。

5 结语

液压系统中的蓄能器作用至关重要，要想确保液压系统的工作状态得以实现高效、稳定，就必须正确选择蓄能器型号并合理安装。同时，液压系统中的蓄能器也是一个危险部件，具体操作实践中必须予以足够关注。一旦有故障出现后，最为迫切的便是将蓄能器压力卸掉，当系统处于无压力状态之后再进行维修，如此可将意外事故发生的可能性最大限度降低。