液压挖掘机振动闭端支路措施解析

时间：2023-10-07 理论教育 版权反馈

【摘要】：如图1-37所示为某23t级液压挖掘机主泵口安装闭端支管2的实物图。挖掘机液压系统中，有很多因素会对上述高压波谐振产生影响。所以，在挖掘机主泵口加装合适长度的闭端支路，可以有效地降低主泵本身流量的不均匀性造成的液压脉动力，也可以延长泵的寿命，提高系统工作效率，并实现节能目的。

液压挖掘机振动闭端支路措施解析

1.概述

液压挖掘机在作业时，主泵不断地为整个液压系统提供着高压油，同时也承受着来自多个方面造成的压力冲击：主要执行机构经常起动、制动、换向，动作繁复；外负荷变化大，瞬间冲击大；主泵本身流量的不均匀性造成了持续的高压脉动。

降低主泵承受的液压冲击是一项很必要的工作，这不仅可以延长泵的工作寿命，降低维护成本，而且可以增加系统的工作效率，对节能也有重大的意义。如图1-37所示为某23t级液压挖掘机主泵口安装闭端支管2的实物图。

2.压力脉动分析

挖掘机系统的液压主泵主要承受来自上述三个方面的液压力冲击。此处重点分析第三种压力冲击即由主泵排出流量的不均匀性造成的液压脉动力。根据界定粘性阻力影响的理论，计算得到挖掘机流量脉动频率值和工作介质的粘度值，忽略粘性阻力对压力波传递过程的影响，按波动法求解。

图1-37 某23t级液压挖掘机主泵口安装闭端支管示意图

1—液压主泵 2—闭端支管 3—主管 4—主控阀

当液压挖掘机工作时，操作先导控制手柄，对应的主换向阀阀芯打开，这时液压主泵排出的高压油以一定的速度v流经主换向阀到达相应的执行机构，同时高压油中的压力波以声速c向前传播。当高压发射波自主泵到达换向阀阀口处时，由于阀口开启的大小程度不同，压力波会相应地、不同程度地反射（反射系数为R_L滞后角α），反射波大小为发射波和反射系数的乘积。一般说，R_L值为-1～1，值为0～2π。根据波的谐振原理，当反射波与发射波的相角相差2nπ时，即滞后角α值为2nπ时，两波会发生谐振，其危害将倍增；当滞后角α值为（2n-1）π时，就会避免谐振，获得消振的效果。

挖掘机液压系统中，有很多因素会对上述高压波谐振产生影响。其中，压力波的行程即主泵至主阀的主管（图1-37中3）长度是至关因素。所以，在设计时，主管管长不仅要考虑空间因素，还要考虑尽量避开容易发生谐振的管长，即谐振管长L_r。

但由于空间限制，主管长度往往很难等于某一消振管长L，这就需要在主泵口加装闭端支路（支管的材料，管型要与主管完全一致）。如果支管管长合适即等于某一消振管长，此时反射系数R_L=1，滞后角α=（2n-1）π，则两波重叠处，强度为0，全部波动由闭端支管引走，主管路内获得平稳的液流而达到消振的效果。

3.计算

总结消振管长和谐振管长的理论计算公式为

式中，K_e为液压油等效体积模量；ρ为液压油密度；c为液压油中的声速；λ为压力波波长；n为主泵的转速；Z为主泵柱塞的数目；L为消振管长；L_r为谐振管长。

考虑到液压油体积模量在实际工况中会发生变化，对参数值进行修正。高压油在橡胶软管中的等效体积模量会随着压力和温度的变化而改变，当压力超过10MPa时，K_e值主要受液压油温度的影响。

一般的，主泵压力口处的油温会比油箱内油温高5～10℃。在挖掘机液压系统中，环境温度（表1-14）下液压油的K_e值为1600～1700MPa，在测试油温T下主管内高压油的K_e值会降低到40～250MPa，计算得到的闭端支管长度为315～650mm。

图1-38 泵口压力对比测试与数据处理系统原理图

1—液压主泵 2—闭端支管 3—背压阀 4—水冷器 5—回油过滤器 6—呼吸阀

4.测试

如图1-38所示，采用多通道测试仪CHPM460同时对挖掘机液压系统的温度值和两个主泵的压力值进行测试。另外准备了800mm、600mm、450mm、300mm、200mm共五种不同长度的支管，用于实验测试。(www.daowen.com)

依据测试原理图1-38，连接测试设备，按如下测试方法进行数据采集和处理：①测试前准备，确保排净支管内的空气。如果支管内存有残留空气，声速就会发生变化，结果将失准。②起动机器，油温升到测试油温T（表1-14）。③发动机在测试转速N即额定转速下，同时操作左右手柄，使动臂、斗杆溢流15s，记录、保存数据（重复做三次）。④停机、泄压，按照步骤②、③，依次测试其余几支闭端支管。⑤待5种支管测试完毕后，停机、泄压，取掉两个闭端支管，再

重复步骤②、③。⑥用专门的数据

处理软件对测试中采集的6组数据进行时域处理和频谱分析，获得数据的时域曲线和幅频曲线。经对比，发现闭端支管长度为300mm时的主泵口高压脉动波的减振效果最为明显。

表1-14 对比测试的有关边界条件和元件参数值