快关阀蓄能器的设计计算与选用

活塞式液压蓄能器，油气隔离，工作可靠，寿 命长，尺寸小，容量不大；但反应不灵敏，缸体加 工和活塞密封性能要求较高。活塞式液压蓄能器主 要用于蓄能、吸收脉动。隔膜式液压蓄能器，以隔 膜代替气囊，将油气分开。其壳体结构为球形，重 量与体积之比最小，反应灵敏，但是其容量小，主 要用于小流量场合。气囊式液压蓄能器，油气隔离， 油不易氧化，油中不易混入气体，反应灵敏，尺寸 小，重量轻；气囊及壳体制造较困难，橡胶气囊要 求温度范围（－10～120℃）。折合型气囊容量大， 适于蓄能，波纹型气囊用于吸收冲击。
参考文献：
[1]徐灏，邱宣怀，蔡春源，等. 机械设计手册（5）. 北京：机械工 业出版社，1994. [2]杨培元，朱福元. 液压系统设计简明手册. 北京：机械工业出版社， 2000.
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3.2 设计及使用特点
高、低速挡及空挡的换挡，采用电液控制方式， 而换挡的执行机构采用的是在轴上套装可移动齿 轮，通过齿轮位置的转换，达到动力传递的改变， 由于该车轴齿轮箱的挡位是由齿轮的不同啮合达到 的，所以在从一种挡位状态向另一种挡位转换时， 如果齿轮未达到要求位置，那么将对传动系统本身 造成较大的伤害。在生产实践中，一定要注意挡位 转换的监测及对换挡控制装置的及时检修。
根据；通过比较各类型结构蓄能器的结构特点与适用场所，确定了本设备蓄能器的选用类型；通过计算、分析、选择，
确定了蓄能器的工作压力范围、充气压力、容积等重要参数。最终选择了合适的蓄能器，确保以该蓄能器为动力驱动的
阀门实际关闭时间平均为 0.474 秒，符合设计要求。 关键词：蓄能器；计算；阀门；充气压力；容积
关闭方向
1 相关初始条件
预定阀门关闭时间为 0.4～0.5 秒。由设计选择 可知，机械执行机构采用两齿条分别由活塞直径为 Ф100 mm 的油缸控制相向运动，“搓”动一与 DN1000 mm 碟阀主轴相连接的节圆直径 Ф200 mm 的齿轮， 产生角度范围为 90°的旋转运动，从而达到开、关阀 门，以及在 0.4～0.5 秒内快速关阀门的目的，开、
阀门快关过程其实是蓄能器作为动力源，经过 一插装阀的阀口向液压缸提供压力油，齿轮缸通过 齿轮驱动蝶阀阀杆旋转，完成主阀门的快速关闭。 蓄能器-插装阀的液压驱动快关阀的快关过程动作 支路如图 1 所示。
关力矩达 12000 Nm，其中液压缸工作最低压力 8 MPa。快关时主通道通径定为 DN20，分油路定为 DN16，采用 DN25 锥阀控制油缸的快关动作。
第三类：消除脉动、降低噪声。对于采用柱塞 泵且其柱塞数较少的液压系统，泵流量周期变化使 系统产生振动。装设蓄能器，可大量吸收脉动压力 和流量中的能量，在流量脉动一个周期内，瞬时流 量高于平均流量的部分油液被蓄能器吸收，低于平 均流量部分由蓄能器补充，这就吸收了脉动中的能 量，降低了脉动，减小对敏感仪器和设备损坏程度。
中图分类号：TH137.8+1
文献标识码：A
文章编号：1006－0316 (2009) 06－0023－03
Design calculations and selection of accumulator for fast cut-off valve ZHANG Si-jun
（Lianyungang Technical College，Lianyungang 222006，China） Abstract：The article analyses the fast cut-off working process of the accumulator - plug-in Valve's fast-driven hydraulic valve and selects the accumulator after considering the three aspects of function, type and volume in accordance with the known conditions. The analysis ofthe four major functions of the accumulator renders determination of the function of the accumulator system and sets a foundation for the parameters calculation; through comparing the structural characteristics and application sites of the various types of accumulators, the optimal type for the above-mentioned accumulator is found out and determined for use. Combination of the calculations, analysis and selection processes accurately exposes the scope of the working pressure, air-filling pressure, volume, and other key parameters. A suitable type of accumulator is opted, ensuring that the valve driven by such accumulator cut off within 0.474 seconds, meeting with the design requirements. Key words：accumulator；calculations；valve；air-filling pressure；volume
2.2 蓄能器的类型
主要有重锤式、弹簧式、气体加载式。重锤式 液压蓄能器，又称重力式液压蓄能器，其工作原理 是利用重锤的位置势能变化来储存和释放能量。重 锤式液压蓄能器的结构特点是结构简单，容量大， 结构尺寸大而笨重，运动惯性大，反应不灵敏，密
封处易漏油，有摩擦损失，仅作蓄能用，在大型固 定设备中采用。弹簧式其工作原理是利用伸长与压 缩来储存与释放能量。结构简单，容量小，反应较 灵敏；不宜用于高压，不适于循环频率较高的场合， 一般用于小容量、低压（ p < 12 MPa）系统，做蓄 能和缓冲。气体加载式液压蓄能器是建立在波义耳 定理（ pV n = C = 常数）的基础上，使用时首先向 蓄能器充以一定压力的惰性气体（一般为氮气），具 体结构又分为气瓶式、活塞式、气囊式、隔膜式等。
Vw 油缸一个来回为 2×2.46 L，一个工作循环所需的有
效工作容积 Vw 油缸单程为 2.46 L。 根据绝热过程计算公式[1,2]：
ΔV
V0=
1
P0 n
⎢⎢⎣⎡⎜⎜⎝⎛
1 P2
1
⎟⎟⎠⎞ n
− ⎜⎜⎝⎛
1 P1
1
⎟⎟⎠⎞ n
⎤ ⎥ ⎥ ⎦
由于动作过程小于 1 分钟，蓄能器在膨胀工作 过程中来不及与外界进行热交换，近似认为是绝热
由各种液压蓄能器的性能与用途的比较可知， 从蓄能器的响应速度、容量大小、工作压力范围、 工作温度范围、适用范围等多方面考虑，其中气囊 式液压蓄能器反应灵敏、工作无噪声、容量大（最 大至 480 L 左右）、允许工作压力高、没有漏气，保 持压力性能良好、适用温度范围满足需要、并且其 用途可以用于蓄能，全面满足了蝶阀阀门快关的工 作需要，所以选用气囊式液压蓄能器作为快关液压 系统的紧急动力源。
3 蓄能器容量的计算
3.1 已知条件
最低工作压力 p1 为 8 MPa，最高工作压力 p2 为
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设计与研究
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14 MPa（取工作压力区间下限值），动作时间 t ≤0.5 s。 满足快关功能，采用容积为 10 L 的蓄能器一个。
3.2 液压蓄能器充气压力 p0 的确定
第四类：回收能量。用蓄能器回收能量是目前 研究较多的一个领域，所以单独把它列出来。能量 回收可以提高能量利用率，是节能的一个重要途径。 蓄能器因为可以暂存能量，所以可以用来回收多种 动能、位置势能。
本液压系统蓄能器所发挥的功用属于第一类， 作为设备的紧急动力源使用，所以在设计计算与选 用蓄能器时需要根据其工作特点选择适合的参数。
半工作循环（油缸单程）所需蓄能器总容积为：
V0=
1
P0 n
Vw油缸单程
⎢⎢⎣⎡⎜⎜⎝⎛
1 P1
1
⎟⎟⎠⎞ n
− ⎜⎜⎝⎛
1 P2
1
⎟⎟⎠⎞ n
⎤ ⎥ ⎥ ⎦
=
1
6.51.4
⎢⎡⎜⎛ ⎢⎣⎝
2.46
1
1 ⎟⎞1.4 − 8⎠
1
⎜⎛ 1 ⎟⎞1.4 ⎝ 14 ⎠
⎤ ⎥ ⎥⎦
=8.94
结论：由于快关过程为单程运行，本设备重点
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快关阀蓄能器的设计计算与选用
张四军
（连云港职业技术学院，江苏 连云港 222006）
摘要：分析蓄能器-插装阀的液压驱动快关阀的快关动作的工作过程，根据相关的已知条件，从功用、类型、容积三个
பைடு நூலகம்
方面确定选用了蓄能器。通过对蓄能器的主要四类功用的分析，确定了本系统的蓄能器功用，从而确定了其参数计算的
蓄能器充气压力 p0 确定方案 B：参考常用经验 公式[1] p0 =（0.8~0.85） p1 ，即 p0 =6.4~6.8 MPa。
综合考虑 A、B 两者取值范围，确定实际充气 压力为 p0 =6.5 MPa。
3.3 液压蓄能器的有效工作容积（即有效排油量）
满行程两缸所需油量为： V=2sA=2×157×0.785398=2.46 式中：V 为液压油体积，L；s 为液压缸行程，dm； A 为液压缸活塞面积，dm2。 一个工作循环所需的有效工作容积