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液壓滾切剪液壓系統壓力沖擊研究

文檔作者：王君黃慶學韓賀永文檔來源：太原科技大學重型機械教育部工程研究中心		點擊數：	更新時間： 2021年09月10日
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2014年1月
第42卷第1期
機床與液壓
MACHINE T0OL &amp;amp; HYDRAULICS
Jan．2014
Vo1．42 No．1
DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2014．01．011
液壓滾切剪液壓系統壓力沖擊研究
王君，黃慶學，韓賀永
(太原科技大學重型機械教育部工程研究中心，山西太原030024)
摘要：液壓沖擊會直接影響液壓系統的穩定和控制精度，從而影響液壓滾切剪剪切鋼板的質量，因此有必要對液壓滾
切剪液壓系統中的壓力沖擊進行研究。通過理論分析得到縮短液壓泵與液壓閥之間的管道長度可以減小液壓沖擊的結論，
并通過AMESim仿真軟件對不同長度液壓管道內的液壓沖擊進行了仿真，驗證了此結論的正確性。
關鍵詞：液壓滾切剪；液壓沖擊；管道長度
中圖分類號：TG333 文獻標識碼：A 文章編號：1001—3881(2014)1—037—3
Research on Hydraulic Impact of Hydraulic Rolling Shear
WANG Jun，HUANG Qingxue，HAN Heyong
(Taiyuan University of Science and Technology，Taiyuan Shanxi 030024，China)
Abstract：Hydraulic impact can descend the system stability and control precision，then the quality of sheared plates will be
poor．So it is necessary to research it．A conclusion was gotten that shortening the len~h of pipes between pumps and senro—valves
could． reduce the hydraulic impact by theoretical analysis．And its correctness was confirmed by simulation with AMESim software．
Keywords：Hydraulic rolling shear；Hydraulic impact；Len~h of pipes
液壓滾切剪是近年來新研發的鋼板剪切機。通常
布置在矯直機之后，主要完成鋼板的切頭、切尾、切
定尺、取樣，是保證進入成品庫產品剪切質量合格的
重要在線設備。近幾年，隨著經濟的高速發展，各行
業對鋼板的質量要求也不斷提高，基本要求鋼板切口
斷面毛刺不大于0．5 Inm，斷面垂直度90。±1。，并且
要求斷面無掉肉、重皮、刀瘤等缺陷? ，因此液壓滾
切剪液壓系統的穩定性和控制精度都需要相應地提高
才能滿足市場的需求，剪出符合要求的鋼板。液壓滾
切剪液壓系統具有流量大、位置控制精度高、響應速
度快的特點，因此系統壓力波動很大，這將導致伺服
閥不能精確控制兩液壓缸的運動軌跡，不能完成滾動
剪切鋼板的動作。
現在有很多減小液壓沖擊的辦法，例如：伺服閥
用O型中位機能，并且采用帶阻尼的電液換向閥
或者使用蓄能器來吸收系統脈動 。但是在液壓滾切
剪上采取這些辦法后，液壓沖擊依然存在，并且影響
鋼板剪切的質量，因此，文中根據動量定理計算出液
壓系統中壓力沖擊的大小，并由此分析得出延長伺服
閥關閉時間和縮短壓力波動的傳播距離可以減小壓力
沖擊的結論，從而使液壓系統更加穩定，提高系統的
控制精度。通過AMESim對液壓管路進行仿真以驗證
理論分析的正確性。
1 壓力沖擊產生的原因
在液壓系統中由于某種原因，當管路一端的流速
或壓力發生劇變時，管內油液中會產生急劇交替的壓
力升降阻尼波動的過程即液壓沖擊現象 。液壓沖擊
壓力波的峰值往往是正常工作壓力的很多倍，造成強
烈振動和巨大噪聲，進而使系統升溫、液壓元件損壞
或引起某些液壓元件誤動作而造成設備損壞或更加嚴
重的事故。對系統而言，液壓沖擊是僅次于污染的第
二殺手 ，因此分析液壓沖擊現象，尋求減小液壓沖
擊影響的有效措施具有重要意義。
對于液壓滾切剪，液壓伺服系統中的比例伺服閥
在工作時處于頻繁的開關狀態，這種狀態將使管路流
速突然變化，引起管路的壓力突然升高或降低。油液
速度變化越快則瞬時的壓力升降越大，就會產生很大
的壓力沖擊，造成強烈的振動，損壞管路和液壓元
件，使生產無法正常進行。壓力沖擊和管路中的流體
質量、流速大小有關，流體質量越大、流速越快，在
閥關閉時產生的沖擊壓強越大。壓力沖擊分為直接沖
擊和間接沖擊兩 。
伺服閥閥芯關閉時間如果小于水擊相長(沖擊
波從閥門出發沿管道往返一次所需的時間)，產生的
壓力沖擊為直接沖擊。設液流傳播距離為△s，液層
的速度由 變為0，壓強P升高△p。不考慮流體與
管道壁面的剪切應力，根據動量守恒定律得：
收稿日期：2012—12—29
基金項目：太原科技大學博士科研啟動基金資助項目(20122047)；太原市科技創新項目(120164042)
作者簡介：王君(1987一)，女，碩士研究生，研究方向為液壓伺服系統控制。E—mail：best_wangj@126．com。
· 38· 機床與液壓 第42卷
pA一(p+Ap)A： (1)
其中：A為管道橫截面積；
P為容腔中的初始壓強；
△p為液壓沖擊；
V為液流的原速度。
所以得到在額定壓力下的沖擊壓強△p為：
△p：P As=P c (2)
其中：P為油液密度(900 kg／m )；
為管路中的油液流速(m／s)；
c= 是沖擊波的傳播速度(m／s)。
當管道產生沖擊時，沖擊波在液體中的傳播速度為：
L：一 √ 一+ Kd (、 3)，
其中： 為流體的體積彈性模量；
E為管路材料的彈性模量；
d為管路內徑；
6為管路壁厚。
一般情況下，為了計算簡便快捷，取壓力波在礦
物油中的傳播速度為其平均值C=1．32×10 cm／s。
但是文中考慮實際的流體中含有2％左右的空氣、高
壓下管路的彈性變形、油液的黏性等因素的影響，壓
力波的傳播速度將明顯降低。在液壓伺服系統中，沖
擊波的傳播速度取經驗值為C=900 m／s。
為了避免直接沖擊壓力，通常采用閥門緩慢關閉
的方法。當閥門的關閉時間t 大于水擊相長t時，
就會產生所謂的間接沖擊。這時的沖擊壓強估算值
為：
△p =卸等
其中： ：型為水擊相長；
波動，而泵擺角的波動會使泵的排量波動，將導致泵
的輸出流量波動和壓力波動。
(3)壓力波動大會使系統的振動和噪聲加大，
會使管路連接接頭松動，增加系統的泄漏。
因此分析液壓剪液壓系統的液壓沖擊十分有必
要，是保證系統安全運行的前提，是提高系統控制精
度的必要措施。
根據該液壓系統的流量算出液壓剪油液速度約為
= 5 m／s，將c=900 m／s代入公式(1)中得到直接
沖擊壓強為：卸=pvc=900×5×900=4 MPa。
為了避免直接沖擊壓力，延長閥的換向時間，使
換向時間大于水擊相長，參照力士樂樣本取伺服閥關
閉時間t =80 ms，將z=35 m、t=77 ms代人公式
(4)可得間接沖擊壓強△p 一卸。由此看出目前的現
場布置(設置蓄能器，延長伺服閥換向時間)并不
能有效減小壓力沖擊。為了進一步減小壓力沖擊，還
可以減小管路長度即水擊壓強傳播的距離，減小f則
水擊相長t減小，從而減小水擊壓強，這樣有利于將
直接壓力沖擊變為間接壓力沖擊。因此將壓力管路長
度減小為20 m，改后油液沖擊的水擊相長為t=44
ms，小于閥門關閉時間，改后間接壓力沖擊最大值
卸 =△p孚= =2 MPa。
在考慮到蓄能器能夠吸收壓力沖擊的20％ 條件
時，系統的實際瞬時壓力沖擊為1．6 MPa左右。這時
該液壓系統基本上在動態允許的沖擊壓強范圍內，能
夠滿足系統要求。
3 仿真研究
用AMESim建立液壓管路系統如圖1所示。
t。為伺服閥門關閉時間；
z為中間管路長度。
2 液壓剪液壓系統壓力沖擊的分析
液壓剪的液壓系統要求比例伺服閥的油源壓力恒
定，靜態允許的壓力波動為額定壓力值的1％ ～2％ ，
動態允許的瞬時壓力為額定壓力值的5％左右，其主
要原因有：
(1)壓力波動大會導致比例伺服閥的流量增益
系數、流量壓力系數產生較大的波動，這兩個系數波
動較大時不僅影響系統的控制精度，而且會導致系統
不穩定。
(2)壓力波動大會導致恒壓變量泵變量擺角的
圖1 液壓管路系統的AMESim模型
系統選用伺服閥，選用管道類型為“Simple
f．d．￡wave equation hydraulic pipe／hose” (女口圖2所
示)，按照現場實際情況設置管道通徑為25 mm，壁
厚6 mm。

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