液压试验中的安全保护措施
出处：按学科分类—工业技术 北京理工大学出版社《新编液压工程手册下册》第2153页（9001字）
(1)试验系统的超压保护
在液压试验过程中，由于运动件的突然卡死、油路突然堵塞、溢流阀主阀芯阻滞不能开启等事故，都可能造成试验系统中压力突然升高。当压力升高到允许限以上时，就会造成各种严重的事故后果，如油管破裂、油泵损坏、测量或记录仪器由于超程导致的永久性损坏、驱动装置严重过载，甚至人身安全事故等。为此必须考虑超压保护的问题。解决办法的根本点就在于一旦出现超压时，只要能使试验系统立即卸压就行。超压保护措施有：
A．液压源的超压保护
(A)液压源输出油路中增设安全阀。即使是由溢流阀调压的系统也应安装安全阀，以确保试验系统压力在安全阀保护值以下。为了能通过电信号控制溢流阀卸荷，可以采用比例溢流阀或电磁卸荷溢流阀。后者在其远控口上安装了一只二位二通电磁换向阀，如图36．2－13所示。若在试验油路中安装电接点压力表或压力继电器，预先由人工调定应该保护的压力上限值。当试验中压力突然升高到此值时，电接点压力表上限触点Kp(或压力继电器的触点)闭合，使继电器线圈J通电，从而使电磁阀线圈DT通电，换向阀换向，远控口通大气或回油箱，溢流阀阀口全开，试验系统立即处于卸压状态，达到超压卸荷保护的目的。另外卸压的同时还可发出可闻的报警铃声和可见的灯光信号。此时电机并未停机，待超压原因排除后，只要按下解除按钮Ki，试验系统即可立即重新投入工作。这样也就避免了电机的频繁启动问题。
图36．2－13 液压试验中的安全保护措施综合原理图
1－油泵电机；2－油泵；3－带差压报警滤油器；4－电接点压力表；5－压力继电器；6－安全阀；7－电磁卸荷溢流阀；8－远控调压阀
(B)驱动电机本身的保护和超压时的停机保护。
当试验系统超压时，动力源电机处于超载运行工况。通过在电机电源线路中串联热继电器，当电流过大时，热继电器控制串在电机控制线路中的RJ常闭触点断开，使接触器C线圈失电，从而切断电机的电源；液压泵停止供油，起到保护作用。另外在电机控制线路中串入超压保护继电器J的常闭触点，通过电接点压力表上限触点闭合，DT通电卸荷的同时，也使电机停机，起到双重保护作用。
(C)若油源泵采用恒压变量泵或恒功率变量泵，它们都具有按调定的压力值自动改变泵的排量达到限压和限制功率的作用。所以也能使试验系统达到不会超压和动力源电机不会超载的目的。当然这些泵比一般的无控泵的价格要贵一些，这是选用时要考虑的一个因素。
B．压力表的超压切断阀
在液压试验中，经常遇到油路的转换，某一点的压力可能时而为高压，时而为低压。例如双向液压泵或液压马达的进、出口油路中的压力，当转向改变时或变量机构过零反向时，就会出现高、低压腔变换。为了测量这样油路中的压力，如果只安装高量程表，固然可以测高压值，但当油路转为低压状态时，用高量程表测低压值显然是不准确的，甚至无法测出。因此必须同时安装一块低量程表。但当油路转为高压状态之前，必须预先用压力表开关将低压表油路切断。往往由于试验过程中一时疏忽，就会造成低量程表的永久性损坏。为此就要求对低量程表油路能自动进行超压切断。图36．2－14所示为低量程表超压切断阀的结构原理图和其图形符号。
图36．2－14 超压切断阀结构原理图
1－阀芯；2－调节螺盖
当阀芯所受油压的力小于右端所受的弹簧预压力时，阀芯顶于左端，压力p通过阀芯左端面上的沟槽和间隙达于压力表，压力表指示出进口压力p值。一旦阀芯左端的油压造成的向右的力大于弹簧预压力时，阀芯右移，直到凸缘压着密封圈，切断压力p通往压力表的油路。若入口压力再升高，左端力增大，只会使密封面越压越紧。当阀芯凸缘靠紧密封圈时，阀芯使压力表的入口处与放油口(大气或油箱)相通，压力表指示归零。可见此阀可以达到超压切断的作用。调节弹簧预压量可以调节低量程表要求保护的压力值。
(2)滤油器滤芯的污染报警保护
试验系统的油液清洁度是由滤油器的过滤能力保证的。在实际使用中不论是表面型的还是深度型的滤油器，在工作一段时间之后，都会有堵塞的问题。由于滤芯的被堵塞，必然导致液阻增加，流通能力下降，前后压力差增大。为了能使用户了解滤芯堵塞的程度，以便及时更换，要求滤油器本身附有污染保护和报警装置。一般的措施如图36．2－15所示。
图36．2－15 滤油器污染报警措施原理图
1－滤油器；2－单向阀；3－机械目视指示器；4－差压式污染报警信号器；5、6－压力继电器；7－差压表
A．并联单向阀保护
在滤油器内部，进、出油口之间并联设置单向阀，以保护滤芯。随着滤油器投入工作，滤芯逐渐被脏物堵塞，两口之间压力差增大，一旦达到并联单向阀的正向开启压力，就会有部分油液未经过滤通过单向阀而直接进入液压系统。这样虽可对滤芯有所保护，但使用者却不能从外观来确定堵塞程序。对于由它保护的后续试验元件或系统来说，此时实际已处于无滤油保护的状态了，这是非常危险的。
B．滤芯的污染报警、指示器
它的工作原理是根据滤芯前后的压力差来判断堵塞程序的。
(A)压差式污染报警信号器
这种信号器又称压差发讯器、电讯式阻塞信号器。它的基本工作原理是根据滤芯前后的压力差来控制触点开闭的。如图36．2－15所示，在进、出油口之间并联一小活塞油缸，有杆腔装有回程弹簧。活塞上所受的压力差之力与弹簧力平衡。当压力差达到规定值(如0．35MPa)时，活塞杆推压微动开关，使其常开触点闭合，通过此触点的开闭，可接通或断开某外电路。图示为指示灯电路。若指示灯亮，发出灯光报警，也可使警铃报警等。告之人们滤芯已堵塞，应及时更换。除压差式以外，还有压力式和真空压力式等，各有不同的应用场合。
(B)机械目视式指示器
工作原理与上述信号器一样，只不过是活塞杆在压差作用下外伸，而杆端带有红色指示球。一旦压力差达到规定值时，指示球正好在人们所能观察到的窗口中出现，告之应更换滤芯了。
在滤油器进、出口之间并联压差压力表，当表针进入红色区即表示滤芯堵塞需要更换了。
(3)防止空气进入液压试验系统的措施
所谓空气进入试验系统的意思就是系统中本来应该由液压充满的空间，有一部分被空气所占有。不论空气是溶解在油中还是以气泡的形式悬浮在油中或在系统中某些高点处集成气团，都会占有一定的空间体积。由于低压空气的可压缩性约为油液的10000倍，这样就将大大降低油液的有效容积弹性模数。溶解在油中的空气可认为对此模数的影响很小。容积弹性模数的降低，就可能造成液压系统不稳定。而溶解在油中的空气，当压力降低时又会析出成气泡，当气泡突然受到压缩时会放出大量的热量，使油液局部过热，导致油液老化变质。这些也是形成气蚀、噪声、振动等的主要原因，对所进行的液压试验也是不利的。因此，必须想法防止空气进入液压试验系统。一般的措施有：
A在结构设计中防止空气进入
在油箱的结构设计中采取防止空气进入的措施可归纳为：主回油管口和吸油管口应在油面以下；增加油液在油箱中停留时间，保证气泡逸出；或增设消泡网等。
B．液压系统中任何一点不出现负压
保证液压试验系统中任何一点不要出现负压；并同时保证整个系统具有良好的密封。因为在大气压下油液中所含空气溶解量是呈饱和状态，一旦出现负压，则变成过饱和状态，即会有气泡析出。在液压试验系统中容易出现负压的地方一般有两处：一是油泵的吸油管路；一是低压回油管中有节流口处。所以应使吸油管作成尽量短而粗；将管中流速限制在0．5m／s以下；或使油箱底面高出泵吸油口一米左右。
由于密封不良和内部负压是造成空气进入系统的主要条件之一。高压系统中实际上不可避免地存在压力波动和“油击”(水锤)现象，会出现瞬间的负压，由于持续时间较短，气泡不易生成；但外部空气就可能从密封不良处乘机而入。在低压管路中，密封往往不受人们重视。在试验系统中的吸油管路和低压回油管路，往往采用水暖零件。这些零件虽然价格低廉，但加工质量很差，如砂眼、气孔、连接螺纹加工粗糙等。特别其密封主要是采用石棉绳填充或不耐油橡胶密封件，故选用时一定要慎重。否则带来的将是严重漏油或吸入空气的后果。
C．防止试验系统中残留空气
因为在压力作用下，残留在液压系统中的空气会很快地溶解到油液中去，压力愈高油液中能溶解的空气量愈多。而在压力降低时，它们又会重新逸出成气泡。特别是在第一次充油的新系统或重新组合试验系统时，这种现象更为严重。一般是在设计、安装试验系统时，应在适当的位置上(最高处或相对高处)安装放气阀；并在试验开始前，使整个试验系统需要运转一段时间，以便带走和减少残留在系统中的空气。
D．液压试验中噪声的防治
近二十年来把噪声作为公害之一提出来，人们就开始对它的危害重视起来了。很多国家都制定了限制噪声的规定和标准。在液压技术领域中，噪声在一定程度上反映着液压元件本身的设计、加工质量水平；表示着液压设备和液压系统安装的质量和参数匹配的合理性等，这也就促使液压界进行对噪声的产生和防止等问题的研究。在液压试验中由于动力源、液压元件、管道和被试对象本身的噪声；以及由于各元件的匹配、安装、使用不当而诱发出的噪声等都将带来一系列的危害。首先对人而言，噪声使人精神烦燥不安、容易疲劳，长期在高噪声下工作可引起耳疾、神经衰弱和心脏病等。由于噪声的干扰使试验人员之间无法交谈、听不见警报信号声响等将造成误动作和安全事故。由于机械振动、压力脉动等伴随着的噪声不仅影响着试验系统的正常工作，还会使液压元件寿命缩短、造成管接头松动而漏油；严重的情况可使试验无法进行。因此，对噪声的研究和采取一些有效措施使它降到最低水平是非常必要的。对于液压试验来说这些工作是属于安全保护措施的范畴。
为了有效地防止和降低噪声，首先必须尽力查明噪声源及产生噪声的原因，然后采取“对症下药”的办法提出有效的防治措施。在液压试验中的噪声主要由两方面的原因产生：
(A)由机械原因产生的噪声
·各种液压机械的结构振动和摩擦；
·各种型式联轴节的振动和撞击；
·动力源的振动和噪声，包括电磁噪声、风扇叶片旋转，扰动空气发出的气流噪声、变压器的交流声等。
·减速器中的振动和撞击等形成的噪声。
(B)由液压原因产生的噪声
形成噪声的液压原因主要是泵的流量脉动引起的压力脉动、“困油”现象、气穴现象和水锤现象等。这些原因使液压试验系统或某些元件的固体表面(如泵壳、阀体、管道壁等)振动，从而使其周围的空气振动，以声波形式扩散，传达到人耳的。
(C)噪声的防治措施
为了降低噪声，一般有两种途径：一是从根本上着眼，旨在降低噪声源的噪声，这是治本的办法；一是采取声学处理的方法阻止噪声的传播，这当然是治标的办法。
降低声源噪声的措施 在液压试验中，主要声源是油源泵、动力装置、调压阀及管路。这就要求在试验系统设计选型时，采用低噪声的液压泵及动力装置。比如选用电动机作为动力源就比其他任何同功率的动力装置噪声都小。而在选择组成试验系统各种元件时，特别是远控溢流阀，在质量上应该是高标准的。尽管如此，如果在系统设计和安装上考虑不当，参数不匹配的话，并不能达到降低噪声的目的。特别应该注意的有几个方面：(a)要防止空气进入液压系统和杜绝产生气穴的条件。(b)要尽量减小机械振动。除了设计出理想的联轴节外，要求作为液压源的油泵－电机组合的基座下设置减振器、减振橡胶垫或减振弹簧等，以防机械振动外传造成噪声并使振动得到衰减，如图36．2－16所示。
图36．2－16 具有减振器的油泵－电机组合
设计时应使此系统的固有频率ωn为泵轴旋转频率的1／2～1／4或0．4～0．2。可获得较好的隔振和减振效果。
式中k为减振弹性零件的弹簧刚度；m为油泵－电机组合(带基座)的总体质量。(c)在泵的进、出口处安装一段软管，可以吸收部分高频振动和阻止振动沿压力管道传播和沿吸油管传至油箱引起共鸣。另外在安装油管时，弯曲半径不宜过小，并要求设计正确的管路支撑，支撑要求牢固、刚度要好。管道和支撑之间采用弹性管夹。这些对消除管路振动都是有效的。表36．2－1列出了推荐的管道弯曲半径和支撑距离的数据。
表36．2－1
采取声学处理的方法阻止噪声的传播措施 首先是隔声，目的在于要使噪声源与人隔离。这样虽没从根本上解决问题，但人所感觉到的噪声却降低了，起到保护的作用，常用的办法就是采用隔声性能好的墙壁，使噪声大的试验间或油源间与人所在的控制间(或仪表、操纵间)分开。但如果隔声墙上有孔洞或缝隙时，隔声效果将显着下降。故对于穿过墙壁的油管或导线、墙上的观察窗等必须严格密封。另外还可采用隔声罩，把声源部分(如油泵－电机组合)罩在一个密封的罩子里，如图36．2－17所示。但必须注意以下问题：罩内装置的机械振动不能传至隔声罩上；罩内侧需要加吸声材料的衬里，以使罩内回声不会放大；由于隔声罩是尽可能密封的，所以必须注意里面装置的散热问题。
图36．1－17 采取隔声处理的油泵－电机组合
为了达到隔声的目的，还可以把作为噪声源的液压泵安装在油箱中液面以下，如图36．2－18所示。这样既可隔声，又可散热。但要求油箱的刚度要好。
图36．1－18 油泵安装在液面下的隔声措施
当然有条件的话，可在噪声大的油源间的四壁、天花板上都安上吸音材料或采取一些其他建筑上的消音措施等，使其整体封闭起来，隔声效果更为显着，但费用是较高的。以上措施的选用，要求慎重考虑，从必要性、可能性、投资多少、使用效率等多方面综合权衡之后才能决定。
由于很多试验设备的壳体都是由薄金属板制成；另外还有液压试验系统的连接管道和液压元件的外壳等，在试验进行当中都会由于振动而向四周幅射噪声。若能在这些外表面上涂覆一层阻尼材料，通过阻尼材料的粘性内摩擦可将部分振动机械能转变成热能，故可达到减振和消声的目的。一般的阻尼材料有石油沥青、沥青油毡、玻璃纤维、部分泡沫塑料等。而实际使用的阻尼涂料不是单一的材料而是复合性材料。为了使涂层能与金属表面结合牢固、低温不干裂、高温不软化等，都要求填加粘合剂、溶剂等。阻尼涂料在不同的使用条件下，要求它具有耐高温、耐严寒、抗腐蚀、阻燃、耐油、耐水、保温等性能。当然在具体的使用条件下，在性能上的要求是要有所侧重的。对于液压试验设备而言，要求的阻尼涂层除了有减振、消声效果外，还应具有防锈和保温的能力。另外要求阻尼涂层应有可供选择的不同颜色搭配，达到以外观颜色来识别管道的功能，这样就可部分取代一般油漆的作用。
其次是吸收压力脉动(或称脉动阻尼)。由于压力脉动是引起振动、产生噪声的振源之一，故必须加以衰减或消除。常用的办法有：
·采用高压软管来吸收泵的输出管道中的压力脉动和阻止机械振动的传播。这是一种简单易行和有效的办法。
·采用蓄能器也是有效的。特别是用皮囊式蓄能器。它的吸收效果与其充气压力和连接管道的尺寸等因素有关。一般要求连接管道短而粗；充气压力应为系统最低工作压力的60%～80%，或系统平均工作压力的50%。但它只对中频脉动(200～400Hz)比较敏感，效果较好。蓄能器在液压试验系统中有时还用来缓冲由于像水锤现象等造成的压力冲击。
·采用各种型式的消声器。所谓消声器通常指通过综合考虑，目的在于减小整个系统的噪声而专门设计的装置。
·最后是隔振，只要能采取各种有效的减振和隔振的措施，就能达到阻止振动的传播、降低噪声的目的。在大功率的动力源的地基周围控出一定宽度和深度的“防振沟”，里面填充疏松物质，就可防止动力源运转时的振动通过地基传播。
图36．2－19所示为液压油源间综合应用各种减振、隔声、降噪措施的实施原理图。
图36．2－19 液压油源间实施减振、降噪措施综合原理图
1－吸音措施；2－蓄能器；3－隔声罩；4－管道支撑及管夹；5一消声器；6－软管；7－油箱；8－防振沟
E．转矩传感器的保护措施——保险销
当要求测量动力源与被试对象之间传递的转矩值时，要在它们之间安设转矩传感器，如图36．2－20所示。为了保证转矩传感器的安全，必须考虑在动力源与转矩传感器之间安装一种保护装置。若无此装置的话，一旦被试对象(如液压泵等)在试验过程中突然卡死，则势必动力源的超载转矩将全部加到转矩传感器的敏感元件——扭力轴上，造成扭力轴永久性变形，导致整个传感器报废。图36．2－21所示为保险销作为保护装置的原理图。在联轴节两盘之间偏心地安装着一根保险销，它到旋转轴心的距离为r。当有转矩作用于主动轴上时，通过作用于保险销上的剪切力F而传递给从动轴(即扭力轴)
T=Fr
保险销的小直径d是根据所选用材料的剪切强度和规定的保险转矩值T而精确设计的。只要传递的转矩值大于设计值时，就会将保险销剪断，而使主动轴和传感器扭力轴脱开，起到保护的作用。
图36．2－20 带保险销的转矩传感器的传动简图
1－动力源；2－带保险销的联轴节；3－转矩传感器；4－被试对象
图36．2－21 保险销结构图
F．其他的一些保护措施
人工急停按钮 在液压试验台的控制电路中一定要串联一个人工急停按钮。一旦发生事故而自动保护措施又失灵时，操纵员可通过按下此钮使整个控制电路失电，回复到起始状态。
泵吸油口开关阀的互锁保护 在泵的吸油口与油箱之间经常安装有开关阀(球阀)，其目的：一是为了更换和维修泵时，不用将油箱之油放空，只要将此阀门关闭即可。另一目的是当泵不工作时，防止泵壳漏油，也要将此阀关闭。但应注意的是：在泵启动之前，首先必须将此阀打开，否则泵将吸空，可能使泵损坏。为此，将此阀的手柄与一微动开关联动，此微动开关的触点串在液压泵电机的启动回路中。也就是说，只有阀门开启，手柄动作压下微动开关，使触点闭合，电机才能启动。
接地措施 为了保证试验人员的人身安全，要求整个试验系统有良好的接地措施。旋转部分应安装保护罩。在高噪声环境下工作的人员，除限制工作时间外，还应采用防噪声耳塞、耳罩等劳保措施。