液压系统中蓄能器的应用探究

液压系统中蓄能器的应用探究
作者：赵慧江
蓄能器是一种能量储蓄装置，用于液压系统中能将系统中的能量适时朝着压缩能或位能转变并实现储存，而在系统提出需求后，能再次将压缩能或位能朝着液压或气压转变并释放，满足系统的需求。

系统有瞬间增大的压力表现出来时，可将该部分能量吸收，为整个系统提供正常压力的保障。

本文首先阐述了蓄能器的分类，随后探讨了液压系统中蓄能器的应用，并指出了蓄能器的故障诊断与处理及使用注意事项，以供参考。

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，蓄能器这一辅件所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。

通常而言，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。

此类蓄能器则是将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。

此类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。

下文探究了HBTZ60型
砼泵液压系统中蓄能器的具体运用。

结合下图1不难发现，系统主要是由主油路、分配阀及搅拌系统等三部分组成。

图1HBTZ60型砼泵液压原理图
注：1——吸油滤油器；2——电机；3——变量柱塞泵；4——双联齿轮泵；5——空气滤清器；6——先导式卸荷阀；7——测压接头；8——先导式溢流阀；9——散热器；10——回油滤油器；11——“M”型电液换向阀；12——插装式单向阀；13——主轴缸；14——高低压力切换阀；15——压力表；16——蓄能器；17——闸板阀油缸；18——油马达；19——电磁换向阀；20——“O”型电液换向阀；21——叠加式溢流阀。

2.1主油路系统
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28MPa，由先导式溢流阀负责控制。

12.5MPa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14MPa 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，因此必须着重考虑下述两点：其一，必须尽量缩短闸板运动轨迹；其二，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。

这样一来，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/10s）等。

而要想使皮囊使用寿命得以延长，并将正常工作中皮囊出现过度紧缩或膨胀的情况避免，应当考虑210%33%25p p p ＞＞。

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，以致于密封效果当时。

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12p p p -=∆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2p 的压力之后，再释放能量。

4蓄能器的使用注意事项
其一，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；其二，气囊式蓄能器内部气囊切忌充氧气，仅能充氮气，以免出现爆炸；其三，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；其四，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；其五，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；其六，针对蓄能器充气压力而言，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，需对蓄能器表明处理层、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所具备的作用至关重要，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的关注。

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。