隔膜式蓄能器常見故障分析
1 前言
蓄能器是液壓系統中常用的輔助裝置,在液壓系統中主要起貯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的發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
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;
△v——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——絕熱指數。
蓄能器在工作前,首先按充氣壓力p0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生故障時,蓄能器失效根據我們多年的使用經驗,其隔膜式蓄能器的常見故障為:
1)隔膜折斷; 2)漏氣。
隔膜折斷現象對高頻工作下的蓄能器而言是經常發生的,也有的折斷現象是蓄能器剛一使用就立即折斷其主要原因是:
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。
隔膜折斷部位主要發生在圖1所示①處,由圖中可以看出,該部位受力變化頻繁,應力比較集中,加之橡膠材料性能的限制,很容易造成折斷。
漏氣主要發生在兩處: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1所示a、b處。
漏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,加之系統中工作機構的壓力沖擊,不可避免地出現振動,因而使以上兩處的螺紋聯接或鉚接產生松動,造成密封能力下降。
3 改進設計
首先對橡膠隔膜進行改進,
??? 其壁厚變化均勻,尤其是在易折斷處不能造成應力集中,其次對橡膠材料填加尼龍,以提高其抗拉強度。
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,從而防止了漏氣現象的發生。
改進后的隔膜式蓄能器經工作壓力為14MPa360萬次的工作試驗,工作狀態良好,沒有發生隔膜折斷與漏氣現象。