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    裝甲車輛液壓系統(tǒng)泄漏問題研究

    2018-12-11 06:52:58楊春楓霍華齋
    設(shè)備管理與維修 2018年21期
    關(guān)鍵詞:油液縫隙壓差

    彭 海 ,柳 波 ,楊春楓 ,霍華齋

    (1.中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,湖南長沙 410083;2.76327部隊,湖南郴州 423026)

    1 泄漏的含義及其危害

    泄漏是指系統(tǒng)壓力油液從壓力高的地方,經(jīng)過縫隙流向壓力低的地方,或者流向系統(tǒng)之外[1]。2種泄漏類型:淤內(nèi)泄漏,系統(tǒng)壓力油從高壓腔經(jīng)間隙流向低壓腔;于外泄漏,系統(tǒng)壓力油從系統(tǒng)內(nèi)部流向系統(tǒng)外部。一旦系統(tǒng)壓力油發(fā)生泄漏,不但造成能源的浪費(fèi)與設(shè)備性能的下降,而且極易造成環(huán)境污染,進(jìn)而產(chǎn)生其他的連鎖危害。比如:系統(tǒng)壓力變小、執(zhí)行機(jī)構(gòu)失控、系統(tǒng)外圍環(huán)境受污染、系統(tǒng)容積效率低等。容積效率的表達(dá)見式(1)。

    N——系統(tǒng)輸入功率

    △Q——系統(tǒng)泄漏量

    P——系統(tǒng)壓力

    由式(1)可得,系統(tǒng)泄漏量越大,則容積效率越低,如圖1所示。壓力油液從于流向盂就稱為外泄漏,從于流向淤就稱為內(nèi)泄漏。

    裝甲車輛液壓系統(tǒng)泄漏問題主要發(fā)生在:底盤行動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向、換擋、制動、傳動等液壓助力裝置;炮塔武器系統(tǒng)的液壓驅(qū)動裝置等部位(表1)。一旦發(fā)生壓力油泄漏,輕則影響裝備戰(zhàn)技性能,擾亂部隊正常的備戰(zhàn)訓(xùn)練計劃,重則危及裝備安全及乘員人身安全。因裝甲車輛液壓泄漏問題發(fā)生的規(guī)律性不強(qiáng)、危害性較強(qiáng)、處置難度較大的特點,泄漏問題現(xiàn)已成為制約基層修理分隊液壓系統(tǒng)維修保障能力生成的瓶頸問題。

    圖1 液壓系統(tǒng)2種泄漏類型

    表1 裝甲車輛部分常見泄漏案例

    2 泄漏原因分析

    縫隙泄漏與多孔隙泄漏是液壓系統(tǒng)的主要泄漏形式。

    2.1 泄漏量

    為方便量化分析泄漏量,將油液泄漏近似簡化為同心偏心圓環(huán)縫隙泄漏、平行傾斜平板縫隙泄漏和圓盤縫隙徑向泄漏等形式[2]。

    (1)泄漏量(平行平板縫隙)。

    (2)泄漏量(傾斜平板縫隙)。

    (3)泄漏量(環(huán)形縫隙)。

    (4)泄漏量(平行圓盤徑向縫隙)。

    (5)泄漏量(細(xì)長小孔)。

    以上各式中,b為縫隙寬度,h為縫隙高度,h1,h2為入口和出口間隙高度,R1為圓環(huán)內(nèi)直徑,R2為圓環(huán)外直徑,d為圓環(huán)直徑,u為油液黏度,l為縫隙長度,△P為縫隙壓差。

    由公式(2)~(6)可以得出,泄漏量Q與h3成正比,與壓力差△P成正比,與黏度u成反比,即:

    2.2 影響因素分析

    泄漏問題既有原始設(shè)計方面的原因,也有裝配調(diào)試、維護(hù)保養(yǎng)等方面的因素,其基本原因可歸結(jié)于系統(tǒng)溫度過熱、液壓沖擊及間隙誤差過大等3方面。加之裝甲車輛的特殊作業(yè)環(huán)境與使用強(qiáng)度,系統(tǒng)極易產(chǎn)生振動、銹蝕、溫度過高、壓差過大等問題,進(jìn)而催生了泄漏情況的發(fā)生。

    2.2.1 系統(tǒng)溫度

    系統(tǒng)溫度對油液黏度和熱膨脹性的影響明顯。

    (1)油液黏度。油液的油溫特性目前尚無通用的關(guān)系式,主要有以下幾種表達(dá)關(guān)系[3]。

    式中,a,b,c為常系數(shù),T為工作溫度,uT為溫度為T時的油液黏度,u0為常溫下的油液黏度。

    (2)熱膨脹性。假設(shè)油液溫度已平衡,則:

    式中,QT為油液在T溫度時的泄漏量,Q0為油液在常溫常壓下的泄漏量,T0為油液初始溫度,酌為油液熱膨脹系數(shù)。

    由公式(8)~(11)可知,從油液黏度的角度來看,溫度越高,油液黏度就越低,而從公式(7)已知黏度越低則油液泄漏量越大,于是可得,系統(tǒng)溫度越高,則泄漏量越大。從熱膨脹性角度來看,由公式(12)也易知,系統(tǒng)溫度越高,則泄漏量越大。綜合可得,系統(tǒng)溫度與泄漏量正相關(guān)。

    2.2.2 液壓沖擊

    液壓沖擊也是造成系統(tǒng)泄漏的重要原因之一,主要發(fā)生在系統(tǒng)快速變壓、變向、啟停制動等環(huán)節(jié)。以液壓缸為例。

    式中,△P為穩(wěn)定工作壓差,△P升為液壓沖擊產(chǎn)生的壓差升高值,p為油液密度,u0為穩(wěn)定工作時油液流速,c為沖擊波速度,K為體積壓縮系數(shù)。由公式△P升=pcu0可知,液壓沖擊產(chǎn)生的壓差與油液密度、流速及體積壓縮系數(shù)正相關(guān),密度與壓縮系數(shù)固定,則流速越大,液壓沖擊產(chǎn)生的壓差就越大,系統(tǒng)泄漏量就越大。

    2.2.3 間隙

    由公式(7)已知,h是表征縫隙大小的物理量,系統(tǒng)泄漏量與h3成正比,顯然,泄漏量也與h正相關(guān)。縫隙越大,則泄漏量越大。初始裝配不當(dāng)、油液污染、磨損后間隙擴(kuò)大等都是間隙問題產(chǎn)生的原因。

    綜上所述,液壓系統(tǒng)泄漏與液壓油液溫度、液壓沖擊及間隙誤差三者均正相關(guān)。

    3 泄漏的預(yù)防

    裝備發(fā)生泄漏問題以后,可以采用調(diào)整更換密封圈的辦法來進(jìn)行封堵,也可利用油液泄漏管、擋油板等裝置來積極引流,使泄漏油液回到油箱。解決泄漏問題的關(guān)鍵是在于事前的預(yù)防。

    3.1 完善系統(tǒng)設(shè)計

    優(yōu)化管路設(shè)計,盡量減少液壓回路中的液壓元件,減少油管彎曲程度和油管接頭的數(shù)量;適度采用防沖擊與振動措施,如引入單向閥來降低液壓泵啟停時帶來的沖擊,盡量延長換向時間以降低換向閥啟停時產(chǎn)生的沖擊等。

    3.2 精細(xì)選型及裝配

    密封圈選型時,應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范來確認(rèn)相關(guān)溝、槽、面的加工尺寸符合要求,膨脹石墨、液態(tài)密封膠等新型材料和制品是防治液壓泄漏問題的理想材料;液壓油選型時,嚴(yán)格按照系統(tǒng)要求進(jìn)行選型,確保油液質(zhì)量可靠。裝配前,應(yīng)檢查并確保系統(tǒng)的泄漏量、耐壓性等指標(biāo)達(dá)標(biāo),裝配時,應(yīng)注意保持系統(tǒng)的清潔,重點防范因裝配疏忽而發(fā)生污染物侵入的情況,裝配完以后,檢查并確保系統(tǒng)無泄漏發(fā)生。

    3.3 防止油液污染

    在壓力油加注、系統(tǒng)維修保養(yǎng)等環(huán)節(jié),做好足夠的清潔防范措施,防止人為帶入雜質(zhì)進(jìn)而產(chǎn)生油液污染。受裝甲車輛外圍作業(yè)環(huán)境的限制,進(jìn)行壓力油加注、系統(tǒng)維修保養(yǎng)等任務(wù)時,都應(yīng)配套相應(yīng)的防護(hù)設(shè)施,如配備專用工作臺面、穿戴不易脫落的纖維工作服等。

    3.4 加強(qiáng)維護(hù)保養(yǎng)

    就基層分隊而言,一要嚴(yán)格依照裝備整車等級修理與三級保養(yǎng)等制度規(guī)范實施維修保養(yǎng),做到人員、時間、內(nèi)容、質(zhì)量的四落實;二是根據(jù)液壓系統(tǒng)關(guān)聯(lián)耦合性強(qiáng)、拆卸安裝難度大的特點,在裝備動用前后、封存啟封等環(huán)節(jié)實施液壓系統(tǒng)專項檢查,重點檢查系統(tǒng)間隙、油壓、油溫、油水清潔度等內(nèi)容,發(fā)現(xiàn)問題時及時調(diào)整保養(yǎng)計劃并進(jìn)行泄漏處理,力爭做到防范于未然。

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