集成块上的“定时炸弹”?蓄能器应用的常见设计疏忽

液压蓄能器以皮囊式、隔膜式和活塞式等形式,被广泛应用于移动设备系统中。在悬挂和驾乘舒适性控制等应用中,将小型蓄能器直接安装到插装阀集成块子系统上的情况有所增加。它们的用途广泛,包括应急储能、泄漏补偿、冲击吸收和噪音降低等。虽然在将蓄能器集成到集成块中时,咨询制造商总是一个好主意,但考虑以下参数可以帮助您避免系统问题。

(配图:带有集成蓄能器的集成块)

高温考量

在某些移动设备应用中,高温和工作周期的影响很容易被忽视。虽然OEM(原始设备制造商)通常负责选择蓄能器,但当出现问题时,液压子系统的设计者可能是第一个被求助的人。因此,最好做到有备无患。

低估正常气体温度的原因有几个。气体温度受到环境空气、环境流体以及充/放电速率的影响。因此,忽略任何这些因素都会增加系统故障的几率:

  • 活塞式蓄能器的环境温度可能更多地与大气温度相关。
  • 皮囊式或隔膜式蓄能器的环境温度可能更多地与流体温度相关。
  • 蓄能器膜片处的流体可能在系统内循环不畅,从而进一步升高温度。
  • 快速充气会升高气体温度。如果给予足够时间,温度会回落,但这取决于充气速率有多快以及下一个循环开始得有多早。
  • 蓄能器的位置也可能在机器测试完成后被无意中更改。

将蓄能器应用于系统中的第一个通用法则是,预充压力应比最低工作压力低10%。但不要完全依赖这个法则。

除非另有规定,蓄能器制造商通常会在20°C下设定这个压力。在移动设备应用中要记住这一点,因为车辆可能处于高环境温度下,流体温度可能很高,或者蓄能器靠近发动机舱或排气系统。

高预充压力对于实现最佳储能是有利的,但温度上升可能会使这个压力(P0)升高到超过最低工作压力(P1)。

结果:

  • 计算出的储存容积会大幅减少。
  • 再充气循环速率增加,进一步升高温度,从而“锁定”了这种故障模式。
  • 卸荷阀因过度循环而失效。
  • 当皮囊反复撞击油口时,可能会发生损坏。(在关键应用中,可以使用LS10-41阀来防止此类故障)

(配图:典型的隔膜式蓄能器)

计算:

可以使用 P*V/T 的关系式来表示这一点,其中V是恒定的(预充体积始终是蓄能器的体积)。记住,T是开尔文温度,所以 20°C = 293 K。

例如,如果气体温度上升到60°C,那么预充压力将上升 333/293,即增加了13.65%。这侵占了最低工作压力的范围,因此如果预充压力被随意地设定在比最低工作压力低10%的位置,系统就会失效。因此,预充压力应在较高的温度下指定,或者降低以补偿温度上升。可以使用这个比率进行快速检查:
预充压力乘数 = (最高温度°C + 273) / (20°C + 273)

因此,气体温度越高,偏差就越大。为了安全起见,很容易将预充压力设得更低,但这确实会显著减少可用的储存容积。下面的回路展示了一个实际例子,在泵/发动机失效的情况下,可能需要对释放油缸1和2进行多次操作。旁边的注释显示了所有计算,包括对温度上升的考虑。像SV38-38这样的低泄漏电磁阀和SVCL系列的负载传感提升阀是这些应用中最小化泄漏的理想选择。

(配图:低泄漏蓄能器卸荷回路)


(图片下方文字:低泄漏蓄能器回路(点击此处下载此回路))

UP10-31卸荷阀具有60%、70%和80%的可选加载/卸载比,提供了在意外的极端温度下进行修正的通用性,而在这种情况下,使用固定压差的压力开关可能会导致更高的循环频率。

工作周期和最大化从P3到P2的压差:

在蓄能器应用中,不要忘记考虑循环寿命。很容易低估100,000次循环能多快达到。由于计算错误、未考虑温度上升,或者系统老化导致内部泄漏增加,这个时间可能会比预期的要早得多。UP10-31阀的不同比例允许对系统进行优化,以实现最小的循环次数。而使用固定压差的压力开关可能会导致更高的循环频率。

保压单向阀和温度回落:

一个好的、低泄漏的单向阀,如CVXX-20,对于延长循环时间非常重要。当系统以相当快的速度充气时,气体温度会上升,然后(如果放置足够长的时间)会指数级地回落到环境温度。因此,在这段时间内,保持的压力会下降(在没有系统泄漏的情况下)。这种效应经常被忽视,而保压单向阀可能会被错误地诊断为泄漏。降低充气速率可以缓解这种症状,并能更长时间地保持较高的压力。

以上讨论的概念绝不是在集成块中应用蓄能器时唯一需要考虑的事情,但它们是一个很好的起点。

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