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液压系统中气泡的来源及处理
2009-02-14 11:29:21 来源:《中小企业管理与科技·中旬版》 作者: 【 】 浏览:1036次 评论:1

张金善


  摘  要:液压传动领域,向低成本、小体积、长寿命、自动化程度高、可靠性好等方向发展已成为必然趋势。然而油品对液压系统的影响及可靠性,至关重要,如何解决油品中的气泡,是维护的首要任务。
  关键词:气泡来源液压系统;
  
  1 液压系统中油液气泡来源及其危害
  1.1 气泡来源
  液压油在生产、储运及出厂前的过滤等工作都是在大气压力下进行,因此,油液中含有空气不可避免。我们把油中空气称之为掺混空气,掺混空气是以直径很小的球状气泡悬浮于油中,掺混空气的生成有两种方式。
  1.1.1 油品在生产、储运等过程中与大气相接触,大气与液压油相互浸润融合。实践证明,溶解于油液中的空气,对油的物理性质没有什么直接影响。但溶解了一定数量的空气处于饱和状态的油液,在流经节流口或泵入口段,当其绝对压力下降到油液的空气分离压时,油中过饱和的空气就被析出,使本来溶解于油中的微细气泡聚集成较大的气泡并出现在系统中。
  1.1.2 主要是通过油箱和泵的进油管掺混入油内。如油箱油面太低,泵吸入管口半露于油面或淹深很浅时,均可将空气吸入;若泵的进油管路漏气,则会有大量的空气被吸入;再如系统回油管口高于油箱油面时,高速喷射的系统回油卷带着空气进入油中,又再度经油泵带入系统。
  1.2 对系统的危害从经济性和系统工作质量角度,油中气泡对系统的危害相当大,主要在以下几个方面。
  1.2.1 系统工作不良。油液是液压传动系统中动力的传递介质,纯净的液压油,其压缩率约为(5~7)×10~10m3/N,即压力增加10MPa时,容积仅被压缩减少为0.625%。因而在一般的液压系统中,可以认为油是非压缩性流体,而不考虑其压缩性。一旦油中混入空气,其压缩率就会大幅增加,油液本身具有相当大的体积弹性系数,严重危害系统的可靠性。如自动控制失灵、工作机构产生间歇运动等。气泡引起的装置误动作还会发生机械、人身事故等。
  1.2.2 油温升高。气体在瞬间被压缩后,其温度会急剧升高。气泡在达到高温后,其周围的油便会产生燃烧,成为系统油温骤然升高的主要原因。然而,由于空气是不宜导热的,油中存有气泡时,其导热系数降低,严重影响油的冷却效果。a.加速油的氧化。根据氧化机理可知,油温在60℃以上时,每升高10℃,其氧化速度成倍递增。油温升高是促进油液氧化的主要原因。氧化后的油液通常都会生成酸性化合物,引起系统中金属件的腐蚀。所以,更容易产生渣泥,连同铁锈、金属屑等机械杂质,又作为氧化过程的催化剂,使油液加速氧化。一般希望油温能在90℃以下,使其具有好的化学稳定性。b.油的润滑性能下降。性能良好的油液能在金属摩擦表面形成牢固的油膜。油膜的强度和厚度主要取决于油液的质量。变质后的油液,其膜强度不足以承受工作负载的压力,致使金属表面互相接触,从而导致摩擦力急剧增加,加速零件的磨损。C.加速密封件老化。液压系统采用的密封件均由不同化学成分的材料制成。其各种形式的密封圈、垫,不但要求与油液有好的相容性,而且还要求有适当的工作油温。如油温超过密封件的正常耐热温度,便会加速其老化,失去应有的弹性,导致过早丧失密封性能。
  1.2.3 发生气蚀。油中气泡被油液带到高压区时,体积急剧缩小,气泡又重新凝聚为液体,使局部区域形成真空,周围液体质点以高速来填补这一空间。质点互相碰撞而局部产生高压,形成液压冲击,局部压力升高可达数百甚至上千个大气压力。如果该局部液压作用冲击在固体壁面上,可引起固体壁面的剥蚀,即气蚀现象,对系统的危害很大。
  另外,油中气泡还能引起系统的振动和噪声的增加以及泵的容积效率减低等。
  2 传统气泡的去除方法
  虽然人们对气泡危害性的认识有不同看法,但在液压装置的设计制造过程中均考虑了气泡的去除问题,即利用系统中必备的油箱去除气泡。尽管油箱在结构上采取了多种措施,如水平截面积大干油液深度、设置隔板以延长油在油箱内的停留时间、进出油口尽量设置得远些以及体积要大等。但从气泡去除效果以及装置结构方面来看仍有许多不足。
  2.1 气泡去除效果差采用油箱自然去除法,就是靠气泡自身的浮力使其自行浮至油面并溶入大气的方法。如果气泡界面的油液没有作向上运动,则要完全靠自身浮力克服油液的摩擦阻力而向上运动。由于泵的搅拌作用,微细化后的气泡再经阀口高速喷出成为乳化液状气泡,即使在油箱内滞留相当长时间,靠其自行浮上也是极其困难的。因此,仅靠油箱来去除气泡,其效果相当差。因此,研究和开发强制式气泡去除装置势在必行。
  2.2 液压装置结构增大油箱除具有储油、冷却功能外,其体积大的一个根本原因就是考虑气泡的去除。我国油箱的体积一般为泵流量的3~5倍,美国行业规定油箱的体积不得小于泵流量的3倍。由于采用大体积油箱,往往使装置整体结构变大,且不经济。
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Tags:液压系统 气泡 处理 责任编辑:花间一壶酒
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