螺旋阻尼器的分析与应用
发布时间：2017-09-01
1前言
阻尼在液压技术中是一个常用的术语。各种阻尼器常被用来控制油路的流量或压力,常用的阻尼元件有各种阀类及各种阻尼孔口。我们设计的抽油杆检测台液压系统中,也应用了液压阻尼器。抽油杆检测台是全自动控制的流水作业生产线,每一个环节的动作都要准确无误,其中一个环节是:主油缸拉伸油杆达4吨,工作压力为7MPa时,压力继电器接通,使下一个动作进行,由于主轴缸驱动的小车惯性很大,当主油缸起动时,产生很大的起动冲击压力,峰值达9MPa,甚至更高,这一冲击压力引起了压力继电器的误动作。因此,必需在控制压力继电器的油路上安装一个阻尼元件来过滤掉冲击压力峰值,保证压力继电器正常工作,为此,我们首先选择了细长圆孔阻尼器,根据当时条件只能加工出直径为0・5mm以上,长度15mm以下的孔,将开有上述尺寸阻尼孔的接头装入压力继电器的控制油路中,使液压冲击产生的压力峰值由9MPa以上降至7―7・5MPa,仍然大于压力继电器调定的7MPa的工作压力。因此该阻尼孔的阻尼作用不能满足要求,因此,我们研究设计制造了螺旋阻尼器。
2螺旋阻尼器的基本结构和工作原理
螺旋阻尼器的结构如图1所示。由螺旋套3,螺旋体4,上、下接头1、6密封垫圈2、5组成。它的主要工作部件是螺旋体和螺旋套,螺旋套一般加工成普通阴螺纹,与它相配的螺旋体一般加工成普通阳螺纹,螺旋阻尼通道是螺旋套与螺旋体相配合的三角沟槽,如图2所示有两种形式,一种是将螺旋体上的螺纹顶部加工到设计尺寸,与螺旋套的螺纹相配合,以螺旋套的沟槽为阻尼通道,如图2(a)所示;另一种是将螺旋套上的螺纹顶部加工到设计尺寸,与螺旋体的螺纹相配合,以螺旋体的沟槽为阻尼通道,如图2(b)所示,图中涂墨的三角形即为阻尼过流断面,两种配合形式都可选用,但图2(a)所示的形式,加工控制比较方便,精度可以更高一些,应当被优先选用。
螺旋阻尼器的最大特点是轴向长度相同时,阻尼有效长度能被扩大n倍。
式中: le―螺旋阻尼器的阻尼孔有效长度,mm;
l―螺旋阻尼器的螺旋体轴向有效长度,mm;
d―螺旋阻尼器的螺纹计算直径,mm;
s―螺旋阻尼器的螺纹螺距,mm。
此外,螺旋阻尼器与直通道阻尼器相比,具有阻
尼效果好,加工制造容易,应用范围广等特点
3螺旋阻尼器的参数计算
螺旋阻尼器的工作参数主要是阻尼能力,即压力损失、压力损失与流量、阻尼通道长度、过流断面特性等有关。下面给出了过流断面为等边三角形的螺旋阻尼器的参数计算公式。
(1)基本假设
①因螺旋阻尼器结构尺寸小,流道内液体质量小,因此,可忽略流道内流体重力及位置势能的影响;
②螺旋阻尼器流道中的液体速度方向均沿切线方向,速度值相等;
③流道水力直径与螺旋曲率直径相比很小,因此,任一微小弧段流道可视为直线流道;
④流道断面很小,流体流动为层流。
(2)计算公式分析
①三角形过流断面的水力直径计算
式中: A―过流面积,mm2;
C―湿周,mm;
de―等效水力直径,mm。
②螺旋阻尼器的压力降计算
根据假设1,螺旋阻尼器可看成水平流道;根据假设2、3可将微小弧段流道视为直线通道;根据文献〔1〕,螺旋阻尼器的微小弧段三角形过流断面的压降公式为
式中:μ―流体动力粘度,Pa・s
v―流体流动速度,m/s,
且v=Q/A;
Q―流量,m3/s。
将式(5)代入式(4),积分并整理,得
式中:Δp―阻尼通道的压力降,MPa,Δp=nsΔpe;
ns―安全系数, ns=1・5~2;
Δpe―冲击压力超调量,MPa;
k―阻尼通道的螺旋圈数, k=l/s。
将三角形断面的特性参数代入式(6),得
式(7)、式(8)即为螺旋阻尼器的工作参数计算公式:
4计算举例
应用上述计算公式设计了用于抽油杆检测台液压系统中压力继电器的控制油路的螺旋阻尼器,并与细长圆孔阻尼器的尺寸进行了比较,具体示例如下:
压力继电器控制油路流量Q=5×10-6m3/s
液压油粘度μ=18×10-3Pa. s
液压油密度ρ=900 kg/m3
三角形断面边长a=8×10-3m
螺旋体螺距s=1.5×10-3m
螺旋体计算直径d=13.026×10-3m
设计压降Δp=5MPa
将上面参数值代入式(8)中得:l=4・8×10-3m=4・8mm
与上述三角形断面水力直径和压降相同的细长圆孔轴向长度为60mm,是螺旋阻尼器轴向长度的12倍〔2〕。可见螺旋阻尼器具有极强的阻尼缓冲效果。
5应用与结论
根据上面计算的数值,选择螺旋体轴向有效长度4・8mm的螺旋阻尼器,安装在抽油杆检测台压力继电器的控制油路中,如图5所示,防止了压力继电器的误动作,螺旋阻尼器与细长孔阻尼器的阻尼能力比较如图6所示。图6中,曲线1为无阻尼器的冲击压力曲线,曲线2为装有细长阻尼器时的冲击压力曲线,曲线3为装有螺旋阻尼器时的冲击压力曲线。
由此可得出几点有益的结论:
(1)螺旋阻尼器结构简单,加工制造容易,便于推广使用;
(2)螺旋阻尼器阻尼缓冲能力强,特别适用于压力冲击比较严重的液控油路;
(3)螺旋阻尼器动态性能稍差,不太适用于快速响应的控制油路。
摘自：中国计量测控网
