伺服系統管路設計與安裝

某旋轉伺服試驗臺分別由三臺液壓泵供油，液壓站放置在遠離試驗臺的一個工作

間，距試驗臺近60m，管路要求布置在地下通道里，額定工作流量分別是32L/min、

114L/min、114L/min，其額定工作壓力是21MPa，管道壓力波動值＜2%，試驗臺共一根油管回油，要求回油壓力損失小于0.1MPa。液壓系統使用的介質是10號航空液壓油，由于航空液壓油易泄漏，壓力波動和壓力損失有要求，施工場所不容易施工等原因，在施工時要進行充分的計算和合理施工。

1．油管管徑的計算

(1) 32L/min壓力管的計算。壓力液壓管路的推薦流速v為2.5～7.6m/s，考慮到管路較長，取v=4m/s，則油管的內徑d1為

d₁=4.61√Q/v=4.61√32/4=13(mm)

式中；v為管路中油液的流速，m/s,Q為通過油管的流量，L/min；d₁為高壓油管內徑，mm。

根據其額定工作壓力是21MPa和地下通道的潮濕環境，選用Ф22mm×2.5mm的不銹鋼管，其內徑為Ф17mm，實際流速為2.35m/s。

(2) 114L/min壓力管的計算。壓力液壓管路的推薦流速v=2.5～7.6m/s，考慮到管路較長，取v=4m/s，則油管的內徑d2為

d₂=4.61√Q/v=4.61√114/4=24.6(mm)

式中：v為管路中油液的流速，m/s；Q為通過油管的流量，L/min；d₂為大高壓油管內徑，mm。

根據其額定工作壓力是21MPa和地下通道的潮濕環境，選用Ф34mm×4.5mm的不銹鋼管，其內徑為Ф25mm，實際流速為3.87m/s。

(3)回油管的計算。回油液壓管路的推薦流速v=l.7～4.5m/s，考慮到管路較長，取v=1.7m/s，則油管的內徑D為

D=4.61√Q/v=4.61√261/1.7=57(mm)

式中：v為管路中油液的流速，m/s；Q為通過油管的流量，L/min，應該為三臺泵流量的總和260L/min；D為大高壓油管內徑，mm。

選用Ф75×3.5mm的不銹鋼管，其內徑為Ф68mm，實際流速為1.19m/s。

2．管路壓力波動和壓力損失的計算或驗證

(1)小壓力管路蓄能器的計算與選擇。為了達到管道壓力波動值＜2%的要求，必

須配備蓄能器，用于吸收液壓沖擊，以保證系統壓力穩定。

蓄能器的容積按經驗公式計算為

V₀=0.0000656QL/(1-p₁/p₂)

  =0.0000656×32×60/(1-21/21.42)=6.42

式中：V₀為蓄能器的容積，L；p₁為工作壓力，MPa； p₂為系統允許的最高沖擊壓力，MPa，根據要求p₂=1.02×21-21.42MPa；Q為管路中的流量，L/min；L為管路的長度，m。

選用10L公稱壓力為31.5MPa的蓄能器，蓄能器的充氣壓為為21MPa，考慮其介質為10號航空油，選用法蘭安裝形式。

(2)大壓力管路蓄能器的計算與選擇。同上所述，蓄能器的容積按下面的經驗公式計算為

V₀=0.0000656QL/(1-p1/p2)

  =0.0000656×114×60/(1-21/21.42)=22.87

式中：V₀為蓄能器的容積，L；p₁為工作壓力，MPa；P₂為系統允許的最高沖擊壓力，MPa，根據要求p₂=1.02×21=21.42MPa；Q為管路中的流量，L/min；L為管路的長度，m。

選用兩個25L公稱壓力為31.5MPa的蓄能器，蓄能器的充氣壓力為2lMPa，考慮其介質為10號航空油，選用法蘭安裝形式。

(3)回油管壓力損失的驗證。按要求回油管的壓力損失應該小于0.1MPa。按以下方法進行驗證。

1)計算回油管的沿程損失。雷諾數Re為

Re=vD/v=1.19×1000×68/10=8092

式中：v為回油管路中的液體流速，mm/s；D為回油管的內徑，mm；v為回油管內流體的運動黏度，10號航空液壓油的運動黏度為10mm/s。

沿程阻力系數λ為

λ=0.3164/Re^0.25=0.3164/8092^0.25=0.03336

根據達西公式可以計箅出回油管的沿程損失p_沿為

p_沿=λLpv2/2/D=0.03336×60×850×1.19²/2/0.068=17715.4(Pa)

式中：p_沿為回油管的沿程損失，Pa；ρ為液體密度，kg/m³，10號航空液壓油的密度為850kg/m³；L為油管路的長度，m；。為回油管路中的液體流速，m/s；D為回油管的內徑，m。

2)彎頭的局部損失。在回油管路中還有四處90°的彎頭，這些地方的局部損失也不可小視，其彎管半徑尺為管外徑的2.5倍，即為l90mm，根據雷諾數Re和R/D值，可以查得局部阻力系數ξ為0.21。

每個彎頭的局部損失p_彎為

p_彎=ξw²/2=0.21×850×1.19²/2=l26.4(Pa)

式中：船為回油管的彎頭的局部損失，Pa；ξ為局部阻力系數，ξ=0.21；ρ為液體密度，kg/m³，10號航空液壓油的密度為850kg/m³；h為回油管路中的液體流速，m/s。

3)回油管的高度壓力損失。液壓站的油箱回油處與工作臺相差2m，要克服這一高度回油，其高度壓力損失p_高為

p_高=10ρh=10×850×2=17000Pa

式中：p_高為回油管的高度損失，Pa；ρ為液體密度，kg/m₃，10號航空液壓油的密度為850kg/m³；h為回油管兩端的高度差，m，h=2m。

回油管路的壓力損失總和應該為沿程損失、四處彎頭的局部損失及高度損失之和，即

p_損失=p_沿+4p_彎+p_高=17715.4 +4×126.4+17000=35220.6Pa

回油管路的壓力損失為0.035MPa，小于0.1MPa的要求。

3．管路的安裝

安裝管道時需要彎管機、切割機、坡口機、弧焊機、酸洗槽、中和槽、干燥壓縮空氣機、循環泵、水平儀、臺虎鉗、扳手等。

使用的介質是10號航空油，其滲透性特強，所以全部采用法蘭連接，用O形圈密封，為了拆裝方便，把法蘭設計成一邊為活動法蘭，如圖14所示。

畫管路布置圖→澆注管夾的預埋鐵→初布管夾→下料、彎管、布管→焊接→酸洗→中和→吹干→裝配管法蘭→固定管夾→油液循環→檢測污染度→與主機相連試壓、檢查各參數。

4．安裝管路的注意事項

(1)彎管時，模具一定要跟所彎管子的外徑一致，否則會把管子壓扁。

(2)建議采用氬弧焊焊接，焊接前要進行預裝、去毛刺、校平、脫脂、預熱，管道與法蘭對接處要開坡口，要用高純度的氬氣，否則易出小氣孔。

(3)每1.5m設置一個管夾，并夾緊管路，以免管路振動，管路拐彎處兩端必須加管夾，注意不要把法蘭太靠近管夾，否則拆卸不方便。

(4)打循環之前一定要對管路進行酸洗、中和、吹干。不銹鋼管也不能省略這些步驟，因為不銹鋼焊接時也會產生氧化皮。

(5)打循環時要把進油管和回油管用軟管連接，直至清潔度達NAS7以上方可，循環完畢立即與主機相連，避免污染。

(6)試壓時，應該逐步加大壓力，一般為每次加5MPa，每個壓力點試5～10min，

并注意觀察各個部位，切忌快速加大壓力，這樣容易造成設備和人身事故。

(7)吸收管路液壓沖擊的蓄能器必須盡量靠近試驗臺安裝，才能保證其效果。

(8)管道裝配前要認真檢查焊接的部位有無毛刺和其他異常現象，法蘭安裝面有無磕壞破損，是否放有O形圈等。