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1、蓄能器在“九机”上的运用曹瑾康无锡威孚长安有限责任公司摘要：蓄能器是一种能把液压能储存在耐压容器里，待需要时又将其释放出来的能量储存装置。蓄能器是液压系统中的重要辅件，对保证系统正常运行、改善其动态品质、保持工作稳定性、延长工作寿命、降低噪声等起着重要作用。蓄能器给系统带来的经济、节能、安全、可靠、环保等效果非常明显。在现代大型液压系统，特别是具有间歇性工况要求的系统中得到广泛的使用。关键词：蓄能器 原理 功用 充气 维修一蓄能器在组合机床中的运用上世纪70年代液压技术得到广泛使用，液压式组合机床“九机”就是70年代由威孚公司自主设计、研发、制造的A型泵泵体加工流水线，至今已有30多年的历史。
2、起初的设计只能满足年产4000台A型泵泵体的生产能力，经过80年代和90年代两次较大规模的技术革新和产能升级，把起初的四个夹具同步加工改成现在八个夹具和八个工位同步加工；并把几个独立分散的小油箱整合成一个中心液压站，利用一台液压泵作为主动力源，一个125ml容量的囊式蓄能器作为辅助动力源，并采用叠加阀的形式实现各动力头同步运行；电气上采用PC系统进行统一操控，实现了倍增式的生产效能。“九机”流水线共有9台回转式液压组合机床组成，每台设备有一个回转式工作台上部装有八只夹具，围绕工作台面四周均匀分布有七个动力头一个装夹工位。工作台面回转一个工位装夹一只工件，回转一周可装夹八只工件，当工作台回转到位
3、后讯号传递到七个动力头同时快进，此时由于瞬间需要提供大量的油液来支撑动力头快速进给运动，因此经常会由于油液补充跟不上使快速进给运动无法实现，针对这一现象我们进行了技术革新，在九机液压系统中使用蓄能器用来补偿瞬时油量供应不足问题，并取得了良好的效果，不仅使设备进给动作较为平稳，而且加工精度也得到了相应提升。二蓄能器的工作原理液压油是不可压缩液体，因此利用液压油是无法蓄积压力能的，必须依靠其他介质来转换、蓄积压力能。例如：利用气体（氮气）的可压缩性质研制的皮囊式充气蓄能器就是一种蓄积液压油的装置。皮囊式蓄能器由油液部分和带有气密封件的气体部分组成，位于皮囊周围的油液与油液回路接通。当压力升高时油液
4、进入蓄能器，气体被压缩，系统管路压力不再上升；当管路压力下降时压缩气体膨胀，将油液压入回路，从而减缓管路压力的下降。蓄能器类型多样、功用复杂，不同的液压系统对蓄能器功用要求不同，只有清楚了解并掌握蓄能器的类型、功用，才能根据不同工况准确选择蓄能器，使其充分发挥作用，达到改善系统性能的目的。三蓄能器的类型蓄能器按加载方式可分为弹簧式、重锤式和气体式。弹簧式蓄能器如图1（a）所示，它依靠压缩弹簧把系统中的过剩压力能转化为弹簧式能存储起来，需要时释放出去。其结构简单，成本较低。但是因为弹簧伸缩量有限，而且弹簧的伸缩对压力变化不敏感，消振功能差，所以只适合小容量、低压系统（P1.01.2MPa）,或者
5、用作缓冲装置。重锤式蓄能器如图1（b）所示，它通过提升加载在密封活塞上的质量块把液压系统内的压力能转化为重力势能积蓄起来。其结构简单、压力稳定。缺点是安装局限性大，只能垂直安装；不易密封；质量块惯性大，不灵敏。这类蓄能器仅供暂存能量用。这两种蓄能器因为其局限性已经很少采用。气体式蓄能器的工作原理以波义尔定律（PVn=K=常数）为基础，通过压缩气体完成能量转化，使用时首先向蓄能器充入预定压力的气体。当系统压力超过蓄能器内部压力时，液压油压缩气体，将油液中的压力能转化为气体内能；当系统压力低于蓄能器内部压力时，蓄能器中的油在高压气体的作用下回流至外部系统，释放能量。选择适当的充气压力是这种蓄能器的
6、关键。这类蓄能器按结构可分为管路消振器、气液直接接触式、活塞式、隔膜式、气囊式等，其中又以气囊式最为常见。如图2所示，皮囊式蓄能器由铸造或锻造而成的压力罐、皮囊、气体入口阀和油入口阀组成。皮囊材质按标准，通常采用丁晴橡胶（R）、丁基橡胶（IR）、氟化橡胶（FKM）、环氧乙烷环氧化氯丙烷橡胶（CO）等材料。皮囊式蓄能器由耐压壳体、弹性气囊、充气阀、提升阀、油口等组成。这种蓄能器可组成各种规格，适用于各种大小型液压系统；胶囊惯性小，反应灵敏，适合用作消除脉动；不易漏气，没有油气混杂的可能；安装容易、充气方便、维护简单、附属设备少，是目前使用最广泛的蓄能器。但是，皮囊和壳体制造比较困难，并且皮囊强度
7、不高，允许的液压波动值受到限制，只能在一定的温度范围（-2070）内使用。四蓄能器的功用1存储能量，应急动力蓄能器被广泛用作辅助能源，与压力继电器组合使用，在间隙工作的场合，可以作为辅助能源，实现液压泵的小型化并可节约能源。如钢厂炼钢炉的倾转液压系统。2.吸收脉动，平稳系统液压泵排出的液体都具有较大的脉动，这种脉动会使液压系统产生噪音、振动，并破坏系统的工作稳定性；在液压泵出口处使用蓄能器可以有效的衰减脉动，使装置平稳的工作，这在某些精密设备尤为重要。3.吸收冲击，保护回路在液压回路中，由于液压阀急速闭合而产生载荷剧变；这种剧变会产生很大的瞬间冲击压力会破坏管路、连接接头或其他液压元件，并产生
8、剧烈的振动和噪声；使用蓄能器可有效缓和冲击，保护液压装置。如压铸机、高空混凝土输送机液压系统中使用蓄能器就很好的体现了这一功能。4.热膨胀消减，泄露补偿在压力控制的闭锁回路中，使用蓄能器可有效的补偿由温度降低、内部泄露或外部泄露而引起的压力减低；也可有效控制由于温度升高而引起的压力升高、从而使系统稳定工作。5.吸收振动，减振平衡蓄能器中胶囊充满气体可起到气体弹簧的作用，可吸收来自汽车、提升机、移动吊车等驱动和悬挂系统的机械振动，保持车辆的平稳性。如车辆的液压避振器。6.液体和液气分隔传送使用蓄能器可实现两种不相容的液体或液体和气体之间的能量传递，进行隔绝输送。五蓄能器的安装蓄能器应选择尽量靠近
9、装置的场所安装。用于缓冲和吸收脉冲时，应尽可能安装在靠近振动源处。为充分发挥蓄能器功能，蓄能器应垂直安装。为便于蓄能器的维护与检查，蓄能器的上方及周围应留有一定空间。蓄能器的固定：安装蓄能器，应牢固地固定在托架或墙壁上，径长比较大时，还应设置抱箍加固。蓄能器与管路连接：国标蓄能器需通过接头与管路连接，与进油阀所连接的接头应注意拧入端口内孔，尺寸不能太小，以防阀杆顶住接头卡死，造成胶囊夹破。安装注意事项：1、不得在蓄能器上焊接，铆接或机械加工；2、蓄能器与管路系统之间应设置操作简便的截止阀，此阀供充气、检查蓄能器、调节放油速度或长时间停机使用；3、蓄能器与液压泵之间应设有单向阀，当泵电机停止运转
10、时，防止蓄能器所储存的压力油倒流；4、为防止蓄能器对管路系统的危害，对大于等于10L的蓄能器，在进入蓄能器的位置应设置安全阀或溢流阀；5、蓄能器的胶囊内只允许充氮气，严禁装空气或氧气，胶囊外的介质应为石油基液压油。六蓄能器的充气充氮条件：1、蓄能器在投入使用前应给蓄能器胶囊充入一定量的氮气；2、使用过程中蓄能器检查时发现胶囊内氮气漏损应及时给胶囊补充氮气。充气方法：1、用充气工具进行充氮，当充气压力大于10MPa时，还应采用增压器（充氮小车）加压到充气压力；2、充氮应缓慢进行，只有当胶囊膨胀关闭进油阀后，才允许适当加大充气速度。充气注意点：充气压力不能过高或过低。1、充气压力过高时，会使蓄能器
11、得不到足量油液的储存，当系统需要时也将得不到充分的补充；而且容易使皮囊夹入菌型阀与出油口之间，产生条型状破裂如图3（a）所示。2、充气压力过低时，蓄能器虽然能储存大量油液，但当系统需要补充时，由于充气压力不够，大量油液滞留在蓄能器中，不能被有效的压出进行充分的补充，而且较易使皮囊被压力油压入充气阀小孔中，产生圆洞状破裂如图3（b）所示。充氮压力的确定：正确选择预充气压力是获得蓄能器及其部件的最佳效果和最大使用寿命的基础。当预充气压力P0尽可能接近最小工作压力时，在理论上能够后获得液体的最大储量（或释放量）。在实际应用中P0应小于最低工作压力P1，已避免在运行过程中阀门关闭，此值为P0 =0.9
12、P1。特殊情况下充氮压力可参考以下数值：1、冲击缓冲：充气压力为系统工作压力的90%；2、消除脉动：充气压力为系统工作压力的60%；3、热膨胀补偿：以液压系统封闭回路中的最低压力或稍低一点的压力为充气压力P0 P1。蓄能器充氮步骤：1、将蓄能器顶部的六角罩盖螺母拆下，装上充气工具。2、将连接充气工具软管另一端组件的接头螺母与氮气瓶上的接头旋上并拧紧。3、开启蓄能器下部连接压力油管上的进油截止阀（关闭液压泵，确保工作压力为零）。4、将充气工具中放气的针阀B关闭，再顺时针拧充气工具上端的手柄A，将蓄能器的充气嘴顶开。5、缓慢打开氮气瓶上的阀门，向蓄能器进行充氮。注意：在缓慢打开氮气瓶阀门时，必须同
13、时监控充气工具上压力表读数，当压力表读数达到充氮压力时，即关闭氮气瓶阀门。设计充氮压力一般为额度工作压力的60。例如：工作压力为3MPa 那么充氮压力为1.8MPa 6、随后逆时针拧充气工具上端的手柄A，使蓄能器的充气阀关闭，然后拧松针阀B排空充气工具软管中的残留气体后，才可拆去充气工具及氮气瓶的软管组件。7、检查蓄能器顶部的充气嘴及充气嘴与胶囊连接处有无漏气现象，若有漏气则需更换充气嘴或紫铜垫片；若无漏气，则装上蓄能器充气嘴上的六角罩盖螺母，充氮完毕。蓄能器测压方法：在机组运行一定时间或长期停机后需重新启动时，应对蓄能器进行检查，并测定充气压力值，当充气压力值低于工作压力的50时，则应重新充
14、氮气，检查测定氮气压力方法如下：1.将蓄能器顶部的六角罩盖螺母拆下，装上充气工具。2.将连接充气工具的软管拆下，换上堵头。若找不到堵头时也可直接连接在氮气瓶上，但不能打开氮气瓶阀门。3.旋动充气工具上的手柄A，将蓄能器的充气嘴顶开，由充气工具上的压力表测取蓄能器压力值，若低于工作压力的50时，则必须进行补充氮气。充氮方法及步骤如上所述。七蓄能器的日常检查与维护蓄能器投入运行后，应定期对胶囊内的压力进行检查，发现有漏损应及时补充气体，漏损严重时应查明原因（胶囊损坏、充气阀密封不严或充气阀与充气阀座之间密封不严等），及时修复。蓄能器长期停止使用时，应关闭进出油口与压力油管之间的截止阀，保持蓄能器内
15、的油压在充气压力之上，有利于保护皮囊不至于产生弹性疲劳。八蓄能器的使用维修蓄能器的使用维修主要包括蓄能器的安装维护、故障诊断与排除及修理等。蓄能器的安装包括安装前的检查、安装、充氮等。正确的安装固定与充气，是蓄能器正常运行、发挥应有功用的重要条件。参数的测量与各类工具仪表的正确使用不可忽略。蓄能器在使用过程中，需防振、防高温、防污染、防泄漏，要定期对气囊进行气密性检查及其他方面的检查。因此，日常检查与维护保养不可少。日常检查即用目视、听觉和手摸及仪表等简单的方法进行外观及状态的检查，检查时既要检查局部也要注意设备整体。在检查中发现的异常情况，对妨碍蓄能器正常工作的情况要作应急处理；对暂时还不影
16、响蓄能器正常工作的异常现象也要仔细观察并做好记录，到定期维修时（每六个月进行一次）予以解决。蓄能器在液压系统中属于危险部件，所以在操作过程中要特别注意安全。蓄能器故障诊断与排除，即包括蓄能器本身的故障诊断与排除又涉及蓄能器所在液压系统的故障诊断与排除，两者之间相互交织。故障诊断的注意工作内容有：判定故障的性质与严重程度。根据现场状况，判断是否存在故障，是什么性质的问题（压力、速度、动作），问题的严重程度（正常、轻微故障、一般故障、还是严重故障）。查找失效元件及失效位置。根据症状及相关信息，找出故障点，以便进一步排除故障，这里主要弄清故障出在何处。进一步查找引起故障的初始原因。如液压油污染，元件可靠性低，环境因素不合要求等。这里主要弄清引起故障的外部原因。机理分析。对故障的因果关系链进
