數(shù)控液壓系統(tǒng)

由于液壓系統(tǒng)的振動(dòng)和噪聲本身不可避免，而且近幾年，隨著液壓技術(shù)向高速、高壓和大功率方向的發(fā)展，液壓系統(tǒng)的噪聲也日趨嚴(yán)重，并且成為妨礙液壓技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的因素，聲音超過(guò)70dB便成為噪聲，使人聽(tīng)起來(lái)極不舒服，甚至使人煩躁不安，噪聲作為污染已經(jīng)日益受到人們的重視。因此研究和分析液壓噪聲和振動(dòng)的機(jī)理，從而減少與降低振動(dòng)和噪聲，并改善液壓系統(tǒng)的性能，有著積極而深遠(yuǎn)的意義。

在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，各元件或部件產(chǎn)生噪聲和傳遞噪聲程度不同，表1列出了液壓元件或部件產(chǎn)生和傳遞噪聲的名次。表1 液壓元(部)件產(chǎn)生和傳遞噪聲名次表元件與部件 名稱液壓泵溢流閥壓力閥@節(jié)流閥方向閥液壓缸油箱管路產(chǎn)生噪聲的 名次12345556傳遞噪聲的 名次23343212 注:表中@指的是溢流閥之外的壓力控制閥 由于液壓系統(tǒng)的噪聲不只一種，因此最終表現(xiàn)出來(lái)的是其合成值，一般來(lái)講，液壓系統(tǒng)的噪聲不外乎機(jī)械噪聲和流體噪聲兩種，下面予以分析說(shuō)明。

機(jī)械噪聲是由于零件之間發(fā)生接觸、撞擊和振動(dòng)而引起的。

① 回轉(zhuǎn)體的不平衡

在液壓系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)、液壓泵和液壓馬達(dá)都以高速回轉(zhuǎn)，如果它們的轉(zhuǎn)動(dòng)部件不平衡，就會(huì)產(chǎn)生周期性的不平衡力，引起轉(zhuǎn)軸的彎曲振動(dòng)，因而產(chǎn)生噪聲，這種振動(dòng)傳到油箱和管路時(shí)，發(fā)出很大的聲響，為了控制這種噪聲，應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行精密的動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)，并注意盡量避開(kāi)共振區(qū)。

② 電動(dòng)機(jī)噪聲

電動(dòng)機(jī)噪聲主要是指機(jī)械噪聲、通風(fēng)噪聲和電磁噪聲。機(jī)械噪聲包括轉(zhuǎn)子不平衡引起的低頻噪聲，軸承有缺陷和安裝不合適而引起的高頻噪聲以及電動(dòng)機(jī)支架與電動(dòng)機(jī)之間共振所引起的噪聲?？刂频姆椒ㄊ?，軸承與電動(dòng)機(jī)殼體和電動(dòng)機(jī)軸配合要適當(dāng)，過(guò)盈量不可過(guò)大或過(guò)小，電動(dòng)機(jī)兩端蓋上的孔應(yīng)同軸;軸承潤(rùn)滑要良好。

③聯(lián)軸器引起噪聲

聯(lián)軸器是液壓泵與電動(dòng)機(jī)之間的連接機(jī)構(gòu)，如果電動(dòng)機(jī)和液壓泵不同軸以致聯(lián)軸器偏斜，則將產(chǎn)生振動(dòng)與噪聲。因此在安裝時(shí)，兩者應(yīng)保持在最小范圍內(nèi)。

在液壓系統(tǒng)中，流體噪聲占相當(dāng)大的比例。這種噪聲是由于油液的流速、壓力的突然變化以及氣穴等原因引起的。

① 液壓泵的流體噪聲

液壓泵的流體噪聲主要是由泵的壓力、流量的周期性變化以及氣穴現(xiàn)象引起的。在液壓泵的吸油和壓油循環(huán)中，產(chǎn)生周期性的壓力和流量變化，形成壓力脈動(dòng)，從而引起液壓振動(dòng)，并經(jīng)出口向整個(gè)系統(tǒng)傳播。同時(shí)液壓回路的管道和閥類將液壓泵的壓力反射，在回路中產(chǎn)生波動(dòng)，使泵產(chǎn)生共振，發(fā)出噪聲;另一方面，液壓系統(tǒng)中(指開(kāi)式回路)溶解了大約5%的空氣。當(dāng)系統(tǒng)中的壓力因某種原因而低于空氣分離壓時(shí)，其中溶解于油中的氣體就迅速地大量分離出來(lái)，形成氣泡，這些氣泡遇到高壓便被壓破，產(chǎn)生較強(qiáng)的液壓沖擊。對(duì)于前者的控制辦法，設(shè)計(jì)時(shí)齒輪模數(shù)盡量取小，齒數(shù)盡量取多，缺載槽的形狀和尺寸要合理，柱塞泵的柱塞個(gè)數(shù)應(yīng)為奇數(shù)，最好為7~9個(gè)，并在進(jìn)、排油配流盤(pán)上對(duì)稱開(kāi)上三角槽，以防柱塞泵的困油。為防止空氣混入，

為減少噪聲，必須對(duì)噪聲源進(jìn)行實(shí)際調(diào)查，測(cè)量分析液壓系統(tǒng)的聲壓級(jí)，進(jìn)行頻率分析，從而掌握噪聲源的大小及頻率特性，采取相應(yīng)辦法，具體列舉如下:

① 使用低噪聲電機(jī);并使用彈性聯(lián)軸器，以減少該環(huán)節(jié)引起的振動(dòng)和噪聲;

② 在電動(dòng)機(jī)，液壓泵和液壓閥的安裝面上應(yīng)設(shè)置防振膠墊;

③ 盡量用液壓集成塊代替管道，以減少振動(dòng);

④ 用蓄能器和橡膠軟管減少由壓力脈動(dòng)引起的振動(dòng)， 蓄能器能吸收10 Hz以下的噪聲，而高頻噪聲，用液壓軟管則十分有效;⑤ 用帶有吸聲材料的隔聲罩，將液壓泵罩上也能有效地降低噪聲;

⑥ 系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)置放氣裝置。

液壓件的表面要求及加工

缸筒作為油缸、礦用單體支柱、液壓支架、炮管等產(chǎn)品的主要部件，其加工質(zhì)量的好壞直接影響整個(gè)產(chǎn)品的壽命和可靠性。缸筒加工要求高，其內(nèi)表面粗糙度要求為Ra0.4~0.8µm，對(duì)同軸度、耐磨性要求嚴(yán)格。缸筒的基本特征是深孔加工，其加工一直困擾加工人員。

采用滾壓加工，由于表面層留有表面殘余壓應(yīng)力，有助于表面微小裂紋的封閉，阻礙侵蝕作用的擴(kuò)展。從而提高表面抗腐蝕能力，并能延緩疲勞裂紋的產(chǎn)生或擴(kuò)大，因而提高缸筒疲勞強(qiáng)度。通過(guò)滾壓成型，滾壓表面形成一層冷作硬化層，減少了磨削副接觸表面的彈性和塑性變形，從而提高了缸筒內(nèi)壁的耐磨性，同時(shí)避免了因磨削引起的燒傷。滾壓后，表面粗糙度值的減小，可提高配合性質(zhì)。

液壓閥作為液壓系統(tǒng)的控制樞紐，運(yùn)動(dòng)頻繁，對(duì)各組成部分器件的精度要求、密封性、可靠性都要求非常高，國(guó)外大部分企業(yè)都采用滾壓來(lái)提高精度配合。

滾壓加工是一種無(wú)切屑加工，在常溫下利用金屬的塑性變形，使工件表面的微觀不平度輾平從而達(dá)到改變表層結(jié)構(gòu)、機(jī)械特性、形狀和尺寸的目的。因此這種方法可同時(shí)達(dá)到光整加工及強(qiáng)化兩種目的，是磨削無(wú)法做到的。

無(wú)論用何種加工方法加工， 在零件表面總會(huì)留下微細(xì)的凸凹不平的刀痕，出現(xiàn)交錯(cuò)起伏的峰谷現(xiàn)象，

滾壓加工原理:它是一種壓力光整加工，是利用金屬在常溫狀態(tài)的冷塑性特點(diǎn)，利用滾壓工具對(duì)工件表面施加一定的壓力，使工件表層金屬產(chǎn)生塑性流動(dòng)，填入到原始?xì)埩舻牡桶疾ü戎?，而達(dá)到工件表面粗糙值降低。由于被滾壓的表層金屬塑性變形，使表層組織冷硬化和晶粒變細(xì)，形成致密的纖維狀，并形成殘余應(yīng)力層，硬度和強(qiáng)度提高，從而改善了工件表面的耐磨性、耐蝕性和配合性。滾壓是一種無(wú)切削的塑性加工方法。 無(wú)切削加工技術(shù)安全、方便，能精確控制精度，幾大優(yōu)點(diǎn):

1、提高表面粗糙度，粗糙度基本能達(dá)到Ra≤0.08µm左右。

2、修正圓度，橢圓度可≤0.01mm。

3、提高表面硬度，使受力變形消除，硬度提高HV≥4°

4、加工后有殘余應(yīng)力層，提高疲勞強(qiáng)度提高30%。

5、提高配合質(zhì)量，減少磨損，延長(zhǎng)零件使用壽命，但零件的加工費(fèi)用反而降低。

油缸是工程機(jī)械最主要部件，傳統(tǒng)的加工方法是:拉削缸體--精鏜缸體--磨削缸體。采用滾壓方法 是:拉削缸體--精鏜缸體--滾壓缸體，更多技術(shù)可咨詢:

工序是3部分，但時(shí)間上對(duì)比:磨削缸體1米大概在1-2天的時(shí)間，滾壓缸體1米大概在10-30分鐘的時(shí)間。投入對(duì)比:磨床或絎磨機(jī)(幾萬(wàn)--幾百萬(wàn))，滾壓刀(1仟--幾萬(wàn))。液壓設(shè)備的方式

滾壓后，孔表面粗糙度由幢滾前Ra3.2~6.3µm減小為Ra0.4~0.8µm，孔的表面硬度提高約30%，缸筒內(nèi)表面疲勞強(qiáng)度提高25%。油缸使用壽命若只考慮缸筒影響，提高2~3倍，鏜削滾壓工藝較磨削工藝效率提高3倍左右。以上數(shù)據(jù)說(shuō)明，滾壓工藝是高效的，能大大提高缸筒的表面質(zhì)量。

油缸經(jīng)過(guò)滾壓后，表面沒(méi)有鋒利的微小刃口，長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)動(dòng)摩擦也不會(huì)損傷密封圈或密封件，這點(diǎn)在液壓行業(yè)特別重要。

由上可知，污染、過(guò)熱和進(jìn)入空氣三者是有內(nèi)在聯(lián)系的，所以，要進(jìn)行全面預(yù)防才能確保液壓系統(tǒng)正常地工作。為此，要對(duì)液壓系統(tǒng)建立專門(mén)的預(yù)防保養(yǎng)制度，其首要任務(wù)是嚴(yán)格檢查工作油的狀況。在換油時(shí)，保養(yǎng)服務(wù)人員要參加，并幫助對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查，檢查項(xiàng)目計(jì)有:

(1)檢查全部管路系統(tǒng)有無(wú)壓扁、彎折與破損，軟管有無(wú)扭結(jié)、擦傷或過(guò)度彎曲;

(2)為防止內(nèi)部零件粘上任何微小灰塵與污物，可能時(shí)對(duì)全系統(tǒng)用蒸氣清洗;

(3)檢查油箱或儲(chǔ)油器，檢查其中的油平面是否足夠，還要注意加油過(guò)程是否引起泡沫、激蕩或渦流現(xiàn)象，這些現(xiàn)象是進(jìn)入空氣癥兆，在通氣口出現(xiàn)泡沫現(xiàn)象證明已進(jìn)入空氣;

(4)查看管路和其他元件是否因過(guò)熱而脫漆，是否有燒焦味，油液是否變黑和變稠。用溫度計(jì)測(cè)量油溫;

(5)用肥皂沫涂在接頭處來(lái)檢查滲漏。有滲漏的地方可能有油污，因油會(huì)吸附污物，但是有油污之處不一定就有滲漏。此外，過(guò)熱也常暗示有滲漏的現(xiàn)象，查出有滲漏的接頭要隨時(shí)擰緊;

(6)傾聽(tīng)有無(wú)不正常的響聲，液壓泵有"卡嗒"聲暗示可能是進(jìn)入空氣而產(chǎn)生氣穴，或者是已被污物所磨損;

(7)定期檢查液壓泵的工作能力。

一個(gè)液壓系統(tǒng)的好壞不僅取決于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性和系統(tǒng)元件性能的的優(yōu)劣，還因系統(tǒng)的污染防護(hù)和處理，系統(tǒng)的污染直接影響液壓系統(tǒng)工作的可靠性和元件的使用壽命，據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)外的的液壓系統(tǒng)故障大約有70%是由于污染引起的。

1）元件的污染磨損

油液中各種污染物引起元件各種形式的磨損，固體顆粒進(jìn)入運(yùn)動(dòng)副間隙中，對(duì)零件表面產(chǎn)生切削磨損或是疲勞磨損。高速液流中的固體顆粒對(duì)元件的表面沖擊引起沖蝕磨損。油液中的水和油液氧化變質(zhì)的生成物對(duì)元件產(chǎn)生腐蝕作用。此外，系統(tǒng)的油液中的空氣引起氣蝕，導(dǎo)致元件表面剝蝕和破壞。

2）元件堵塞與卡緊故障

固體顆粒堵塞液壓閥的間隙和孔口，引起閥芯阻塞和卡緊，影響工作性能，甚至導(dǎo)致嚴(yán)重的事故。

3）加速油液性能的劣化

油液中的水和空氣以其熱能是油液氧化的主要條件，而油液中的金屬微粒對(duì)油液的氧化起重要催化作用，此外，油液中的水和懸浮氣泡顯著降低了運(yùn)動(dòng)副間油膜的強(qiáng)度，使?jié)櫥阅芙档汀?/p>

污染物是液壓系統(tǒng)油液中對(duì)系統(tǒng)起危害作用的的物質(zhì)，它在油液中以不同的形態(tài)形式存在，根據(jù)其物理形態(tài)可分成：固態(tài)污染物、液態(tài)污染物、氣態(tài)污染物。

固態(tài)污染物可分成硬質(zhì)污染物，有：金剛石、切削、硅沙、灰塵、磨損金屬和金屬氧化物；軟質(zhì)污染物有：添加劑、水的凝聚物、油料的分解物與聚合物和維修時(shí)帶入的棉絲、纖維。

液態(tài)污染物通常是不符合系統(tǒng)要求的切槽油液、水、涂料和氯及其鹵化物等，通常我們難以去掉，所以在選擇液壓油時(shí)要選擇符合系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的液壓油，避免一些不必要的故障。

氣態(tài)污染物主要是混入系統(tǒng)中的空氣。

這些顆粒常常是如此的細(xì)小，以至于不能沉淀下來(lái)而懸浮于油液之中，最后被擠到各種閥的間隙之中，對(duì)一個(gè)可靠的液壓系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這些間隙的對(duì)實(shí)現(xiàn)有限控制、重要性和準(zhǔn)確性是極為重要的。

系統(tǒng)油液中污染物的來(lái)源途徑主要有以下幾個(gè)方面：

1）外部侵入的污染物：外部侵入污染物主要是大氣中的沙礫或塵埃，通常通過(guò)油箱氣孔，油缸的封軸，泵和馬達(dá)等軸侵入系統(tǒng)的。主要是使用環(huán)境的影響。

2）內(nèi)部污染物：元件在加工時(shí)、裝配、調(diào)試、包裝、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和安裝等環(huán)節(jié)中殘留的污染物，當(dāng)然這些過(guò)程是無(wú)法避免的，但是可以降到最低，有些特種元件在裝配和調(diào)試時(shí)需要在潔凈室或潔凈臺(tái)的環(huán)境中進(jìn)行。3）液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的污染物：系統(tǒng)在運(yùn)作過(guò)程當(dāng)中由于元件的磨損而產(chǎn)生的顆粒，鑄件上脫落下來(lái)的砂粒，泵、閥和接頭上脫落下來(lái)的金屬顆粒，管道內(nèi)銹蝕剝落物以其油液氧化和分解產(chǎn)生的顆粒與膠狀物，更為嚴(yán)重的是系統(tǒng)管道在正式投入作業(yè)之前沒(méi)有經(jīng)過(guò)沖洗而有的大量雜質(zhì)。