液压阻尼器综述
液压阻尼器综述
阻尼器是通过提供运动阻力来降低运动能量的机械部件。根据不同的组成元件，可分为弹簧阻尼器、液压阻尼器、脉冲阻尼器等。其中，液压阻尼器是一种可以由低速到高速自由调节气缸进给速度在所期望范围内的液压式进给速度控制装置。控制方式有弹簧返回型(RB型)和空气返回型(R-A型)两种类型，可根据用途进行选择。液压阻尼器借助特殊结构阀门控制液压缸活塞移动以抑制设备周期性载荷和冲击载荷影响。其主要用于防止设备因冲击载荷所造成的破坏。液压阻尼器对低幅高频或高幅低频的振动不能有效地控制。液压阻尼器经历了三代，分别是
(1)第一代：液压减振器
(2)第二代：液压阻尼器
(3)第三代：封闭式液压阻尼器
最早的减振系统由弹簧构成，虽然弹簧可以减轻冲击，性能较可靠，但它容易产生共振现象。随后的第一代液压减振器采用隔板将橡胶制节流通道分为两部分，通过油液与节流通道摩擦，达到减振目的。之后，摇臂式减震器得到普遍应用，工作压力在l0 MPa~20 MPa之间，但结构复杂、易损坏、体积大，最终被淘汰。上世纪50年代，简式液压减震器取代了摇臂式减震器，其成本低，寿命长，但容易出现充油不及时的问题，若充油不及时，会影响减震效果，产生噪音与冲击。
目前，第一代和第二代液压阻尼器已经逐渐被淘汰，主要应用的是第三代阻尼器。液压式阻尼器的类型包括外阻式阻尼器和内阻式阻尼器。
液压阻尼器的类型：Y1型，抗振动功能，用于控制冲击性的流体振动（如主汽门快速关闭、水锤、破管）和地震激扰的管系振动；
Y2型，抗摆动功能，用于控制持续性的流体振动（如流体脉动、两相流、高速流和风振）激扰的管系低速振动；
Y3型，抗安全阀排汽功能，用于承受安全阀排汽引起的持续推力，保护管道及设备。
表1.技术参数
型号 | 额定载荷(Fn kN) | 缸径规格(mm) | 行程(mm) | 铰接 轴尺寸 (mm) | 闭锁速度 (mm/min) | 闭锁后速度(mm/min) | 低速行走阻力(kN) |
YZN1 YZN2 YZN3 YZN4 | 6.3 | C40 | 150 300 | 120~360 | ZN11,ZN21: 12～120 ZN12,ZN22: 0 | ||
C63 | 150 300 500 | ||||||
C80 | |||||||
120 | C100 | ||||||
200 | C125 | ||||||
320 | C160 | ||||||
500 | C200 |
液压阻尼器的结构如下图所示：
液压阻尼器的组成结构：1.头部关节轴承；2.活塞杆；3.液压缸；4.贮油缸；5.阻尼控制阀；6.行程指示刻度；7.尾部关节轴承
图1 阻尼器工作原理图
阻尼器液动计算
流量方程：
(1) |
其中，Cd为流量系数(与介质、阀相关)，m为幂指数(与流动状态相关)。
又因为
(2) |
其中，V为流速，A为面积。
因此可以得到：
(3) |
由上式结果证明，压力差
与速度V为成正比，这是液压阻尼器的工作原理，即通过控制液压油的流入流出速度来控制阻尼器输出的压力，进而平衡设备产生的振动。
抗振动用阻尼器的工作原理
正常工况下 V＜V闭，对管道的作用力很小，f低≤ 1~2％F。
瞬间冲击，V增大，当V达到V闭时，阻尼器闭锁。V增大，△P增大，使阀芯克服小弹簧力关闭，液压油只能从阻尼小孔（节流阀）流过，形成阻尼力F（F与介质及阀的结构尺寸，特别是阻尼小孔的大小、长度有关），实现减振、抗振动的目的。
液压阻尼器的工作过程可以用“刚柔相济”来描述，在设备正常热膨胀时能随之缓慢移动，此时其几乎没有阻尼力，表现出“柔”的特性；在载荷瞬变时，液压阻尼器的阀门被激活，此时其产生出于振动力同样大小的反向阻力，扼制设备产生的较大振动，减小振幅，从而起到保护设备的作用，表现出“刚”的特性。液压阻尼器的工作频率在1-33 Hz。
液压阻尼器的优点是：载荷范围大(16~500 kN);结构尺寸小；不易卡死。缺点是：存在液压油与密封件的老化。
图.液压阻尼器的工作原理图
性能特点：
防腐性好
主要零部件采用奥氏不锈钢材料，防腐性能好；
结构紧凑
结构紧凑，且呈对称结构，安装空间小，受力更加合理；
动态响应快
阻尼力大，且动态响应时间短；
摩控阻力小
摩控阻力小，一般低于额定载荷的1%-2%；
摆动小
头部，尾部铰接采用关节轴承，允许最多摆动角为±6°；
寿命长
采用特殊的液压油和密封介质，性能稳定，密封寿命长；
高温工作
可在93℃温度下连续工作，短时工作温度可达148℃。
液压阻尼器广泛应用于各种大型设备及其零部件的抗震动支撑，能有效预防因地震、水锤、安全阀排气等对管道或设备造成的破坏，提高机械运行的安全性和可靠性。液压阻尼器的常见应用如下：
(1)液压阻尼器主要适用于核电厂、火电厂、化工厂、钢铁厂等的管道及设备的抗振动。常用于控制冲击性的流体振动（如主汽门快速关闭、安全阀排放、水锤、破管等冲击激扰）和地震激扰的管系振动；
(2)蔡将液压阻尼器应用于车辆驾驶室的减振控制。
(3)应用于大型建筑物，通过在建筑物结构中加入阻尼器构件，能够利用该构件吸收掉大部分地震能量，有效降低了地震对建筑物本体结构的破坏，对提升建筑物的整体抗震性能具有重要作用。
(4)应用于大跨度的桥梁，以改善大跨度桥梁的动力特性。
(5)应用于航空航天领域的减振，例如用于减小直升机的“地面共振”。
(6)应用于家用设备，如洗衣机，以减小洗衣机的振动。
(7)应用于风电机组的液压阻尼器。
