捣固车外夹持液压回路中蓄能器充气压力优化

岳丽敏，王丽平

（郑州铁路职业技术学院机电工程系，河南郑州450052）

捣固车外夹持液压回路中蓄能器充气压力优化

岳丽敏，王丽平

（郑州铁路职业技术学院机电工程系，河南郑州450052）

为了解决D08-32型捣固车作业一段时间后外夹持液压缸出现运动不稳定情况，分析外夹持液压系统，发现液压系统温度升高将使气囊式蓄能器中的充气压力上升，使蓄能器补油能力减弱，从而影响液压系统的稳定性。基于捣固车在作业过程中液压油温度不可避免会发生变化，优化蓄能器的充气压力，使外夹持液压缸的运动尽量在整个工作过程中保持稳定。

蓄能器；温度；液压缸；充气压力

蓄能器的作用是将液压系统中的压力油储存起来，在需要时又重新放出。其在液压系统中主要作辅助动力源、紧急动力源、吸收液压冲击、补充泄漏和保持恒压作用。气囊式蓄能器利用气体的压缩和膨胀来储存、释放压力能［1］。D08-32型捣固车作业一段时间后外夹持液压缸出现运动不稳定情况。分析该液压系统发现，系统中用了一个12 L的气囊式蓄能器，气囊中压缩气体压力大小受环境温度影响，从而将影响到蓄能器的排液能力，进而影响到液压缸的运动性能。本文分析蓄能器在该回路中的作用，优化蓄能器的充气压力，使外夹持液压缸的运动尽量在整个工作过程中保持稳定。

1　蓄能器在D08-32捣固车外夹持液压系统中的作用

对D08-32捣固车外夹持液压系统进行分析，夹持作业时，单个外夹持液压缸液压系统可简化为图1所示。

图1　外夹持液压缸夹持作业时液压系统图

捣固车作业时，要求外夹持液压缸1.3 s内能完成夹持动作。外夹持液压缸活塞直径D为75 mm、活塞杆直径d为60 mm、行程L为135 mm、液压缸的效率η1为0.95；液压泵的转速n为1 892 r/min、排量V为58.3 mL/r、叶片泵的容积效率η2为0.8［2］.

完成夹持动作无杆腔所需的油液量：

泵给单个液压缸的1.3 s的供油量（外夹持液压系统共8个夹持缸）：

液压缸有杆腔排出的油液量：

液压系统为差动连接：

从中可以看出，1.3 s内泵的供油量不够，故蓄能器在系统中有辅助动力源的作用。

2　实际工况下，蓄能器的排油能力

由气体定律有：

式中，p0为充液前蓄能器充气压力；V0为充液前充气体积；p1为蓄能器中最低工作压力；V1为最低工作压力时的气体体积；p2为蓄能器中最高工作压力；V2为最高工作压力时的气体体积；n为指数，其值由气体工作条件决定：当蓄能器释放能量的速度缓慢时，可认为气体在等温条件下工作，n=1；当蓄能器释放能量的速度很快时，可认为气体在绝热条件下工作，n=1.4［3］.

由式（1）可推得

式中，△V为蓄能器的工作容积，与V1，p1，p2大小有关；对折合形气囊取p0=（0.8～0.9）p1.

从式（2）可以看出，当p0升高时，蓄能器的工作容积将减小，即蓄能器的排油容积将减小。

蓄能器做辅助动力源用，n取1.4，p0=0.9 p1，系统中标定蓄能器充气压力为12 MPa，蓄能器容积为12 L，溢流阀设定压力为15 MPa.当蓄能器充液前压力为12 MPa时，根据式（2），蓄能器的最大排液量为：

蓄能器同时为8个外夹持液压缸提供供油，故能为每个液压缸提供0.18 L＞0.176 L，满足系统辅助动力源要求。

3　温度对蓄能器补油能力的影响

液压系统工作一段时间，液压油温度将上升，造成蓄能器中气体温度的上升（和液压油等温，可达80℃），由气体查理定律，一定质量的气体，在气体体积不变的情况下

式中，T0为充气时的绝对温度；T'为实际工作时的绝对温度；p'为实际工作时气体压力。

由式（3）可以看出，气体温度上升，必将造成气囊内充气压力的升高，又由式（2）可得，蓄能器补油能力下降，导致捣固车捣固作业时，一方面外夹持液压缸在1.3 s内完成不了夹持工作，另一方面系统压力瞬间迅速下降，严重时瞬时下降为零，作业结束后又迅速上升。

4　蓄能器充气压力优化

以上分析可以看出，蓄能器气囊中充气压力的大小受到温度的影响，充气压力的大小又会影响到蓄能器的补油能力，为了在最高工作温度下，蓄能器有足够的补油能力，在给蓄能器气囊充气时，应考虑环境温度，使得蓄能器在最高工作温度下气囊中充液前的压力不至于过大。由前面分析，蓄能器充液前压力为12 MPa时，蓄能器的补油能力刚好够。若满足最高工作温度下蓄能器补油要求，80℃时蓄能器气囊中充液前压力应为12 MPa，根据式（3），可以计算出不同环境温度下，给蓄能器气囊充气时的充气压力见表1.

表1　不同环境温度下蓄能器气囊充气压力

5　结束语

在液压系统中使用蓄能器时需注意，气囊中的气体压力会随着温度的改变而改变，故在计算充气压力时，一定要考虑充气时的温度和使用时的温度区别，保证工作时气囊内的压力满足系统要求。

［1］张勤，徐钢涛.液压与气压传动技术［M］.北京：高等教育出版社，2015.

［2］傅文智，毛必显.抄平起拨道捣固车［M］.北京：中国铁道出版社，2010：75-84.

［3］何存兴.液压传动与气压传动［M］.武汉：华中科技大学出版社，2000.

The Optimization of Accumulator Charging Pressure in the Outer Clamping Hydraulic Circuit for Tamping Machine

YUE Li-min，WANG Li-ping
（Electromechanical Engineering Department of Zhengzhou Railway Vocational&Technical College，Zhengzhou Henan 450052，China）

In order to solve the outer clamping hydraulic cylinder motion instability of D08-32 tamping machine for a period of time.It is found that the temperature rise of the hydraulic system will cause the inflation pressure rise in the air bag accumulator through analysis hydraulic system，and to weaken the oil storage capacity of the accumulator，so as to affect the stability of hydraulic system.The change of oil temperature will inevitably happen whentamping machine work，to optimize the charging pressure of accumulator，and then the hydraulic cylinder will keep stability in the whole workingprocess as far as possible.

accumulator；temperature；hydraulic cylinder；Inflation pressure

TH137.7

A

1672-545X（2016）08-0182-02

2016-05-05

岳丽敏（1980-），女，河南获嘉人，硕士，讲师，主要从事机电一体化方面的教学及科研工作。