隔膜式蓄能器常見故障分析
1.簡介
蓄能器是液壓系統(tǒng)中常用的輔助裝置,在液壓系統(tǒng)中主要起儲存和釋放壓力能的作用,還可作為吸收及消除壓力脈動的裝置來使用。蓄能器種類很多,隔膜式蓄能器與活塞式、皮囊式蓄能器相比,具有體積小、重量輕、響應快等特點,因此被廣泛應用。隨著工業(yè)的發(fā)展及工作頻率的提高,對隔膜式蓄能器的要求也愈來愈高,因此蓄能器也易因故障而失效。
2.工作原理及常見故障分析
隔膜式蓄能器裝配圖,如圖60所示。蓄能器頂部為充氣閥,下部油孔為液壓油進油孔。蓄能器的工作原理可由下式來描述;
式中 v0——蓄能器的充氣容積;
Δv——蓄能器的工作容積,△v=v1-v2;
p1、v1——蓄能器的最低工作壓力與該壓力下的氣體容積;
p2、v2——蓄能器的最高工作壓力與該壓力下的氣體容積;
p0——充氣壓力;
n——絕對熱力學指數。
蓄能器在工作前,首先按充氣壓力丸的要求進行充氣(一般為氮氣)。在工作過程中,蓄能器不斷地儲存與釋放油液,因此,器腔內的壓力與容積在不斷地變化。這種變化是通過隔膜式橡膠皮碗的變形來完成。當橡膠皮碗發(fā)生故障時,蓄能器失效。根據使用經驗,其隔膜式蓄能器的常見故障為隔膜折斷和漏氣。
隔膜折斷現(xiàn)象對高頻工作下的蓄能器而言是經常發(fā)生的,也有的折斷現(xiàn)象是蓄能器剛一使用就立即折斷。其主要原因有以下幾點:①橡膠彈性差、抗拉強度低;②橡膠隔膜壁厚變化不均勻;③充氣壓力大小影響;④橡膠老化,生產廠家長期存放。
漏氣主要發(fā)生在兩處;一處是充氣閥密封不好,另一處是在橡膠隔膜底部金屬鉚接處,分別為圖60所示a、b處。
氣氣的主要原因是蓄能器在工作一段時間后,由于蓄能器總是處于充液與放液交替的變化過程中,加之系統(tǒng)中工作機構的壓力沖擊,不可避免地,出現(xiàn)振動,因而使以上兩處的螺紋連接或鉚接產生松動,造成密封能力下降。
3.改進設計
對生產廠家的隔膜式蓄能器我們進行了改進設計。首先對橡膠隔膜進行改進,如圖61所示。
由圖61可以看出其壁厚變化均勻,尤其是在易折斷處不能造成應力集中,其次對橡膠材料添加尼龍,以提高其抗拉強度,
如圖61所示,橡膠隔膜的底部將原金屬鉚接改為鑲嵌式結構,這種改進后的結構根本不存在漏氣問題。
對充氣閥處的漏氣現(xiàn)象,主要是增加了螺紋鎖緊裝置,為防止螺紋松動,還采用了密封膠密封,從而防止了漏氣現(xiàn)象的發(fā)生。
改進后的隔膜式蓄能器經工作壓力為14MPa,360萬次的工作試驗,工作狀態(tài)良好,沒有發(fā)生隔膜折斷與漏氣現(xiàn)象。