摘要：液压系统在启动、停机、变速或换向的过程中，阀口突然开启、关闭或液体流向瞬时改变，由于流动液体和运动部件的惯性作用，导致系统内部瞬时形成很高的峰值压力，这种现象称之为液压冲击。产生液压冲击的因素很多，如液压泵、液压缸的结构，阀的类型和液压系统设计的合理性等。本文主要从液压系统设计和液压元件结构的角度，分析了液压冲击的危害、原因和预防措施。
关键词：液压系统；液压冲击；液压元件；峰值压力
引言
液压系统主要是由动力元件、执行元件、控制元件和辅助元件构成。由于液压系统的能量转化效率高且性能可靠，所以在工业制造及民用活动中得到广泛应用。随着液压技术的高速发展和普及应用，工业制造过程中液压冲击导致系统振动和噪音，进而造成机械设备性能不稳定或使用寿命缩短，因此液压冲击问题越来越受到人们的关注，分析研究液压冲击的原因并对其加以控制具有十分重要的意义。
1.液压冲击的危害
液压冲击时系统内部形成很高的瞬时峰值压力，造成整个液压系统产生振动和噪音。系统压力突变引起的振动，会导致液压元件损坏、油温升高，进而影响系统工作的可靠性和稳定运行，所以液压系统的设计和使用过程中尤其需要避免液压冲击现象的出现。
1.1液压元件与监测仪表的损坏
液压系统产生冲击时，峰值压力可达正常工作压力的3～4倍，液压元件受到高压流体的作用，磨损量增加甚至损坏。液压冲击形成的系统振动，致使系统监测仪表精度下降甚至使用寿命大大缩短。
1.2液压系统的可靠性和稳定性受到影响
液压系统产生冲击时，压力冲击波会造成继电器和阀门产生误动作，导致系统不能正常工作，使得整个系统运行的可靠性和稳定性受到很大的影响。
1.3液压系统油液温度升高
液压系统产生冲击时，系统压力急剧升高液压元件的运行阻力增大，导致液压元件的工作温度升高，动能和压力能转换过程的能量损耗等，导致油液温度升高。
2.液压系统产生冲击的原因分析
在液压系统中，当油路突然开启、关闭、变速和换向时，液体的流向和流速将发生急剧变化，由于流动液体和运动部件的惯性作用，系统内部瞬时形成很高的峰值压力，从而产生液压冲击现象。
2.1回路中阀门突然关闭导致液体流速突变引发的冲击
如图1所示，液体容器P和管路相连接，管路中阀门K控制液体流向及流量。系统内部压力恒定不变，当阀门K开启时，管路中的液体将会以恒定的速度v通过阀门。当阀门K突然关闭时，靠近阀门K出口的液体速度将会瞬间降低到零，阀门K两侧的各层液体会产生撞击和挤压，最终液体流动的动能将转换成压力能。在阀门k两侧液体产生撞击和挤压时，在两侧密闭的腔体内产生瞬时峰值压力，产生液压冲击。
2.2高速运动的部件突然被制动或换向时引发的冲击
如图2所示，当液压缸内部的油液从阀门K1流入，从而使得活塞以一定的速度向右运动，油液也将从阀门K2流出。如果此时K2被突然关闭，则油液会被迫密封在液压缸的右腔中。由于活塞的惯性作用仍会继续向右运动使得右腔内部的油液压力急剧上升，引起液压冲击。当系统换向阀突然换向时，阀门K1关闭K2打开，从而使得活塞向右运动停止转而向左运动，此时由于活塞的惯性作用和左腔油液流速的突变，导致液压缸左右腔均发生压力突变引发液压冲击。
2.3气蚀现象引发的液压冲击
液压系统中，在液压泵的入口或液体流经狭窄管路时，流速升高压力降低，当液体压力达到空气分离压力时，原先溶解在液体中的空气就会游离出来，使液体中产生大量的气泡形成气穴现象。液体中的气泡随液体流动到压力较高的区域时，气泡在高压作用下迅速破裂，从而引发局部液压冲击。
2.4其他原因引起的液压冲击
液压系统中，导致液压冲击的因素还有很多。诸如溢流阀反应迟钝，不能迅速打开便会产生压力超过现象；液压油选用不合适（粘度太高或太低）或油质变差；高压大流量泵，流量脉动大等因素都会引发液压冲击。
3.液压冲击的预防措施
3.1液压回路中阀门突然关闭引起液压冲击的预防措施
（1）减缓换向阀的关闭速度，延长换向阀关闭时间，来降低阀门关闭时产生的瞬时高压，避免出现液压冲击。例如采用直流电磁阀要比交流电磁阀液压冲击小，采用带阻尼的电液换向阀可通过调节阻尼和调节先导阀的压力和流量来减缓主换向阀阀芯的换向速度。
（2）增大液压管路的管径、缩短管路长度、减少不必要的管路弯曲或采用有缓解冲击作用的软管等方式，通过减小液体流速的变化，降低阀门关闭时的瞬时高压，来防止出现液压冲击。
3.2高速运动部件突然制动引起液压冲击的预防措施
（1）在液压缸的端部设置缓冲装置，例如安装单向节流阀来控制回油速度，使活塞平稳无冲击的运动至液压缸的端部，有效的预防液压冲击。
（2）在液压系统的回油控制回路中设置平衡阀或背压阀，适当的提高回油背压来控制回油速度，使运动部件平稳制动，防止液压冲击的出现。
（3）液压系统设计时选用带缓冲装置的液压缸，有效的降低液压冲击产生的作用。
3.3气蚀现象引起液压冲击的预防措施
（1）吸油管路设计合理，应有足够的管径，尽量避免有狭窄和急转弯处，来防止气蚀现象产生。
（2）减小吸入装置泵的安装高度，控制泵的转速不宜过高，设置增压油路等，来防止气蚀现象产生。
（3）油箱设计密封严实并设置排气装置，避免过多气体进入，来防止气蚀现象的产生。
3.4、预防液压冲击的其他措施
（1）在液压系统中设置缓冲回路，当系统压力超过设定压力时，缓冲回路中的溢流阀自动开启，降低系统压力来防止液压冲击出现。
（2）液压系统中，在易产生液压冲击的回路上设置蓄能器，吸收冲击产生的压力能，来降低液压冲击的影响。
（3）在液压系统中，液压控制主回路上设置油液冷却器，提高油液防腐和消泡能力，来防止液压冲击出现。
4.结束语
综上所述，液压系统产生冲击的原因多种多样，这与液压系统的设计、液压元件的结构、液压系统的安装和液压系统的使用有着非常密切的关系。基于液压系统在实际应用中的广泛性和复杂性，想要从根本上消除机械设备的液压冲击非常困难，我们只能采取相应的措施避免和降低液压冲击的产生。在实际生产过程中，我们只有通过认真分析才能找出产生液压冲击的真正原因，进而从液压系统的设计和液压元件选型的角度，采取相应的措施来防止液压冲击的出现，提高液压系统的工作性能和使用寿命。
参考文献：
[1]王雪、龚进、邹湘伏、李延伟.液压冲击机械的发展概况[J]液压与气动2015（11）49-53
[2]刘忠.新型液压冲击机械设计理论与控制策略研究[D]中南大学2016（3）29-33
论文作者:公维林
论文发表刊物:《防护工程》2018年第31期
论文发表时间:2019/1/13
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