螺旋阻尼器的分析與應用
發布時間：2017-09-01
1前言
阻尼在液壓技術中是一個常用的術語。各種阻尼器常被用來控制油路的流量或壓力,常用的阻尼元件有各種閥類及各種阻尼孔口。我們設計的抽油桿檢測臺液壓系統中,也應用了液壓阻尼器。抽油桿檢測臺是全自動控制的流水作業生產線,每一個環節的動作都要準確無誤,其中一個環節是:主油缸拉伸油桿達4噸,工作壓力為7MPa時,壓力繼電器接通,使下一個動作進行,由于主軸缸驅動的小車慣性很大,當主油缸起動時,產生很大的起動沖擊壓力,峰值達9MPa,甚至更高,這一沖擊壓力引起了壓力繼電器的誤動作。因此,必需在控制壓力繼電器的油路上安裝一個阻尼元件來過濾掉沖擊壓力峰值,保證壓力繼電器正常工作,為此,我們首先選擇了細長圓孔阻尼器,根據當時條件只能加工出直徑為0?5mm以上,長度15mm以下的孔,將開有上述尺寸阻尼孔的接頭裝入壓力繼電器的控制油路中,使液壓沖擊產生的壓力峰值由9MPa以上降至7―7?5MPa,仍然大于壓力繼電器調定的7MPa的工作壓力。因此該阻尼孔的阻尼作用不能滿足要求,因此,我們研究設計制造了螺旋阻尼器。
2螺旋阻尼器的基本結構和工作原理
螺旋阻尼器的結構如圖1所示。由螺旋套3,螺旋體4,上、下接頭1、6密封墊圈2、5組成。它的主要工作部件是螺旋體和螺旋套,螺旋套一般加工成普通陰螺紋,與它相配的螺旋體一般加工成普通陽螺紋,螺旋阻尼通道是螺旋套與螺旋體相配合的三角溝槽,如圖2所示有兩種形式,一種是將螺旋體上的螺紋頂部加工到設計尺寸,與螺旋套的螺紋相配合,以螺旋套的溝槽為阻尼通道,如圖2(a)所示;另一種是將螺旋套上的螺紋頂部加工到設計尺寸,與螺旋體的螺紋相配合,以螺旋體的溝槽為阻尼通道,如圖2(b)所示,圖中涂墨的三角形即為阻尼過流斷面,兩種配合形式都可選用,但圖2(a)所示的形式,加工控制比較方便,精度可以更高一些,應當被優先選用。
螺旋阻尼器的最大特點是軸向長度相同時,阻尼有效長度能被擴大n倍。
式中: le―螺旋阻尼器的阻尼孔有效長度,mm;
l―螺旋阻尼器的螺旋體軸向有效長度,mm;
d―螺旋阻尼器的螺紋計算直徑,mm;
s―螺旋阻尼器的螺紋螺距,mm。
此外,螺旋阻尼器與直通道阻尼器相比,具有阻
尼效果好,加工制造容易,應用范圍廣等特點
3螺旋阻尼器的參數計算
螺旋阻尼器的工作參數主要是阻尼能力,即壓力損失、壓力損失與流量、阻尼通道長度、過流斷面特性等有關。下面給出了過流斷面為等邊三角形的螺旋阻尼器的參數計算公式。
(1)基本假設
①因螺旋阻尼器結構尺寸小,流道內液體質量小,因此,可忽略流道內流體重力及位置勢能的影響;
②螺旋阻尼器流道中的液體速度方向均沿切線方向,速度值相等;
③流道水力直徑與螺旋曲率直徑相比很小,因此,任一微小弧段流道可視為直線流道;
④流道斷面很小,流體流動為層流。
(2)計算公式分析
①三角形過流斷面的水力直徑計算
式中: A―過流面積,mm2;
C―濕周,mm;
de―等效水力直徑,mm。
②螺旋阻尼器的壓力降計算
根據假設1,螺旋阻尼器可看成水平流道;根據假設2、3可將微小弧段流道視為直線通道;根據文獻〔1〕,螺旋阻尼器的微小弧段三角形過流斷面的壓降公式為
式中:μ―流體動力粘度,Pa?s
v―流體流動速度,m/s,
且v=Q/A;
Q―流量,m3/s。
將式(5)代入式(4),積分并整理,得
式中:Δp―阻尼通道的壓力降,MPa,Δp=nsΔpe;
ns―安全系數, ns=1?5~2;
Δpe―沖擊壓力超調量,MPa;
k―阻尼通道的螺旋圈數, k=l/s。
將三角形斷面的特性參數代入式(6),得
式(7)、式(8)即為螺旋阻尼器的工作參數計算公式:
4計算舉例
應用上述計算公式設計了用于抽油桿檢測臺液壓系統中壓力繼電器的控制油路的螺旋阻尼器,并與細長圓孔阻尼器的尺寸進行了比較,具體示例如下:
壓力繼電器控制油路流量Q=5×10-6m3/s
液壓油粘度μ=18×10-3Pa. s
液壓油密度ρ=900 kg/m3
三角形斷面邊長a=8×10-3m
螺旋體螺距s=1.5×10-3m
螺旋體計算直徑d=13.026×10-3m
設計壓降Δp=5MPa
將上面參數值代入式(8)中得:l=4?8×10-3m=4?8mm
與上述三角形斷面水力直徑和壓降相同的細長圓孔軸向長度為60mm,是螺旋阻尼器軸向長度的12倍〔2〕。可見螺旋阻尼器具有極強的阻尼緩沖效果。
5應用與結論
根據上面計算的數值,選擇螺旋體軸向有效長度4?8mm的螺旋阻尼器,安裝在抽油桿檢測臺壓力繼電器的控制油路中,如圖5所示,防止了壓力繼電器的誤動作,螺旋阻尼器與細長孔阻尼器的阻尼能力比較如圖6所示。圖6中,曲線1為無阻尼器的沖擊壓力曲線,曲線2為裝有細長阻尼器時的沖擊壓力曲線,曲線3為裝有螺旋阻尼器時的沖擊壓力曲線。
由此可得出幾點有益的結論:
(1)螺旋阻尼器結構簡單,加工制造容易,便于推廣使用;
(2)螺旋阻尼器阻尼緩沖能力強,特別適用于壓力沖擊比較嚴重的液控油路;
(3)螺旋阻尼器動態性能稍差,不太適用于快速響應的控制油路。
摘自：中國計量測控網
