主頁 > 技術(shù)文章 > 對于液壓系統(tǒng)油液中氣泡的防范研討 2024-10-07

對于液壓系統(tǒng)油液中氣泡的防范研討

摘要：論述了氣泡對系統(tǒng)的危害及氣泡混入液壓系統(tǒng)的主要途徑，介紹了在液壓系統(tǒng)設(shè)計和使用過程防范氣泡危害的具體措施。
前言：
      這些年來，對液壓系統(tǒng)油液中的含氣量，空氣進(jìn)入液壓系統(tǒng)的形式以及液壓系統(tǒng)油液中的氣泡對液壓系統(tǒng)工作的影響等方面，漸漸被國內(nèi)外從事液壓系統(tǒng)工作的研究人員所重視。在國內(nèi)，一些從事液壓技術(shù)研究的機構(gòu)和大專院校正著手研究液壓系統(tǒng)的這些問題。本文首先分析了空氣進(jìn)入液壓系統(tǒng)途徑，然后又在深入分析了氣泡對液壓系統(tǒng)運行所造成的危害的基礎(chǔ)上，又論述了在設(shè)計、使用和維護(hù)液壓系統(tǒng)的過程中防止氣泡危害的具體措施，對液壓系統(tǒng)的工作可靠性具有重大意義。
      液壓技術(shù)由于具有許多優(yōu)點，在國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應(yīng)用。但是，液壓系統(tǒng)性能的好壞，直接關(guān)系到液壓設(shè)備能否長期保持良好的運行狀態(tài)，關(guān)系到設(shè)備的故障和作業(yè)率，關(guān)系到設(shè)備的運行效益，乃至社會效益。因此，要保證液壓系統(tǒng)具有良好的技術(shù)性能并保證正常運行，保證各執(zhí)行器按照規(guī)定的要求平穩(wěn)而協(xié)調(diào)地工作，合理的設(shè)計和正常的使用維護(hù)就顯得十分重要。
1、空氣是如何進(jìn)入液壓系統(tǒng)的：
      空氣進(jìn)入液壓系統(tǒng)通常有混入式和溶入式兩種方式。了解空氣進(jìn)入液壓系統(tǒng)的途徑，在液壓系統(tǒng)設(shè)計、使用和維護(hù)過程中有利于制定防止空氣進(jìn)入液壓系統(tǒng)的具體措施，以避免或盡量減少氣泡對液壓系統(tǒng)的危害。空氣進(jìn)入液壓系統(tǒng)與液壓油箱工作狀態(tài)有密切關(guān)系。許多液壓系統(tǒng)與液壓油箱是采用氣-液接觸式增壓油箱，這將造成空氣在液壓油中的溶解度增大；液壓油箱中的液面過低，加速了液壓油的循環(huán)，使氣泡排出困難，而且還將引起空氣從外部進(jìn)入液壓油中；液壓油箱臺上的吸油管的位置設(shè)計不當(dāng)也有關(guān)。所以在液壓油箱設(shè)計中要注意上述因素，并盡可能在結(jié)構(gòu)上采用一些措施。
      空氣的進(jìn)入與液壓油管的安裝也有關(guān)系。若泵的進(jìn)油管路漏氣，則大量的空氣會吸入；若系統(tǒng)回油管口高于油箱液面時，高速噴射的回油將空氣帶入油中，又經(jīng)液壓泵帶入系統(tǒng)；各個油管接頭密封不嚴(yán)或橡膠油管老化等使空氣進(jìn)入液壓油中。
2、氣泡對液壓系統(tǒng)的危害：
      混入液壓系統(tǒng)的空氣，以直徑0.05—0.5mm的氣泡狀態(tài)懸浮于液壓油中，對液壓系統(tǒng)的液壓油的體積彈性模數(shù)和液壓油的粘度將產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，隨著液壓系統(tǒng)的壓力升高，部分混入空氣將溶入液壓油中，其余仍以氣相存在。當(dāng)混入的空氣量增大時，液壓油的體積彈性系數(shù)則急劇下降，液壓油中的壓力波傳播速度減慢，油液的動力粘度呈線性增高。懸浮在油液中的空氣與液壓油結(jié)成混合液，這種混合液的穩(wěn)定性與氣泡的尺寸大小，對液壓系統(tǒng)將產(chǎn)生重大的影響。
2.1 液壓泵的工作性能變壞：
      空氣進(jìn)入液壓系統(tǒng)以后，大大地惡化了液壓泵和整個液壓系統(tǒng)的工作條件，表現(xiàn)在液壓泵性能變壞和壽命變短。當(dāng)液壓泵吸入了液壓油和空氣的混合油液，在液壓泵的吸油管處，由于壓力下降而析出已溶的氣體，在液壓泵高速旋轉(zhuǎn)時，將造成油液不能充滿油腔的現(xiàn)象，這不僅降低了液壓泵的供油量和液壓泵的效率，還會引起液壓油液的沖擊，液壓的氣蝕損壞，管道壓力脈動，以至產(chǎn)生由于液壓油的不連續(xù)流動而引起的噪聲。例如，在實際工作中，就遇到過ZB-34液壓泵在5000r/min運行時，沒箱未增壓和管路直徑為20mm時，其液壓系統(tǒng)的流量小于28L/min ,只有額定轉(zhuǎn)速4000r/min下的額定流量的2/3，同時出現(xiàn)了較大的壓力脈動，振動和噪聲。這就是由于液壓泵吸入了液壓油與空氣的混合油液導(dǎo)致液壓油不能充滿油腔而產(chǎn)生工作性能變壞。
2.2 產(chǎn)生噪聲和振動：
      空氣侵入液壓系統(tǒng)是產(chǎn)生噪聲和振動的主要原因。當(dāng)溶有空氣的液壓油流進(jìn)管路或元件的特別狹窄的地方時，速度急劇上升，壓力急劇下降。當(dāng)壓力下降到低于工作溫度下油液的氣體分離壓時，溶解于油中的氣體迅速地大量分離出來，使油液中出現(xiàn)大量氣泡。當(dāng)氣泡隨油液流到壓力較高的地方時，氣泡被壓縮而導(dǎo)致體積較小，此時在氣泡內(nèi)積蓄了一定的能量。當(dāng)壓力增高到一定數(shù)值時，氣泡被壓破裂，產(chǎn)生局部的液壓沖擊使系統(tǒng)產(chǎn)生振動，局部的壓力可達(dá)幾十兆帕，同時產(chǎn)生爆炸聲。
2.3 液壓系統(tǒng)不能正常工作：
      在液壓系統(tǒng)中沒有空氣混入的情況下，其油液的壓縮率約為（5—7）×10-3m3/N，可以認(rèn)為油液是非壓縮性流體，而不考慮其壓縮性，一旦油中混入空氣，其壓縮率會大幅度增加，油液本身所具有的高剛度則大大減少，導(dǎo)致執(zhí)行器動作失誤，自動控制失靈，工作機構(gòu)產(chǎn)生爬行，破壞了工作穩(wěn)定性，嚴(yán)重地危害著系統(tǒng)的工作可靠性，甚至還會發(fā)生機械事故及危害人身的安全。
2.4 導(dǎo)致氣蝕的產(chǎn)生：
      油液在低壓區(qū)產(chǎn)生的氣泡被帶到高壓區(qū)時，會突然潰滅，氣泡又重新凝聚為液體，是局部區(qū)域形成真空，周圍的油液以很高的速度流向潰滅中心，會對壁面產(chǎn)生較大的局部沖擊力，瞬間壓力可高達(dá)數(shù)百甚至上千個大氣壓，大量的氣泡潰滅時會使金屬邊壁反復(fù)受到劇烈沖擊而造成疲勞破壞，引起固體壁面的剝蝕，氣穴對固體材料表面的這種侵蝕，稱為氣蝕，它對系統(tǒng)的危害性很大。
2.5 加速液壓油的污染：
      液壓油中的氣泡或泡沫稱為油的無形污染物，它對液壓油的危害是相當(dāng)嚴(yán)重的。它不但可使油液本身的剛度下降、容積效率減小、系統(tǒng)可靠性降底。油中氣泡瞬間壓縮或破壞時近似于絕熱壓縮狀態(tài)，還會使氣泡溫度急劇升高，引起油溫升高（甚至使油液燃燒），導(dǎo)致油中的各種添加劑破壞，產(chǎn)生游離碳、酸質(zhì)和膠泥狀沉淀物，并造成油液發(fā)黑，加速了油質(zhì)的劣化，同時還會使金屬產(chǎn)生化學(xué)腐蝕作用。除此之外，油溫升高還會使油液氧化，使油液的潤滑性能下降，加速密封件的老化。
3、防止空氣混入液壓系統(tǒng)的技術(shù)措施：
      3.1 防止外部氣體進(jìn)入系統(tǒng)，使用中應(yīng)經(jīng)常檢查油箱量情況是否正常，避免發(fā)生吸空現(xiàn)象，同時及時檢查油液情況避免油液變質(zhì).
3.2 在維修安裝中，必須排除元件及管路中空氣，并應(yīng)將吸油管及泵體灌滿油液，保持油管的密封良好。
3.3 經(jīng)常檢查過濾器是否堵塞，以免油口壓力過低而造成空氣分離現(xiàn)象。
3.4 在液壓缸和管道上部設(shè)置排氣裝置，用以放掉系統(tǒng)中的空氣。
3.5 大慣性的執(zhí)行器在運動中因突然停止或換向時，會在進(jìn)油腔形成空穴，為防止形成空穴，應(yīng)設(shè)置補油回路。
3.6 可在油箱吸油側(cè)的底部從中間隔板至箱壁間蒙上一層60——100目的的金屬網(wǎng)，把排油箱中油液氣體分離出來。
3.7 采用較大直徑的吸油管，減少管道局部阻力防止泵產(chǎn)生空穴，同時采用大容量的吸油過濾器防止油液中混入空氣。泵的吸油管與系統(tǒng)的回油管口要盡可能的低，兩者要盡可能遠(yuǎn)的距離，并在兩者之間加隔板或消泡網(wǎng)。
    氣泡對液壓系統(tǒng)的危害是較大的，應(yīng)引起高度重視。氣泡產(chǎn)生的途徑比較復(fù)雜，就目前而言，要完全消除和避免氣泡對液壓系統(tǒng)造成的危害是不可能的，也是不現(xiàn)實的。但是正確認(rèn)識氣泡的危害和產(chǎn)生氣泡的主要途徑，在液壓系統(tǒng)設(shè)計中盡可能采取有效的技術(shù)手段加以防范，盡量遏制氣泡的產(chǎn)生并將其可能造的危害降低到最低程度，是十分必要的，也是完全可能的。此外，除在液壓設(shè)備設(shè)計時采取必要的預(yù)防措施在設(shè)備運行過程中采取防范措施，消除潛在的故障因素，做到防微杜漸，以保證液壓設(shè)備安全進(jìn)行，也是非常重要和不可忽視的。

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