主頁 > 技術文章 > 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，漸漸被國內外從事液壓系統(tǒng)工作的研究人員所重視。在國內，一些從事液壓技術研究的機構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上，又論述了在設計、使用和維護液壓系統(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。
      液壓技術由于具有許多優(yōu)點，在國民經濟的各個領域中得到越來越廣泛的應用。但是，液壓系統(tǒng)性能的好壞，直接關系到液壓設備能否長期保持良好的運行狀態(tài)，關系到設備的故障和作業(yè)率，關系到設備的運行效益，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)調地工作，合理的設計和正常的使用維護就顯得十分重要。
1、空氣是如何進入液壓系統(tǒng)的：
      空氣進入液壓系統(tǒng)通常有混入式和溶入式兩種方式。了解空氣進入液壓系統(tǒng)的途徑，在液壓系統(tǒng)設計、使用和維護過程中有利于制定防止空氣進入液壓系統(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。空氣進入液壓系統(tǒng)與液壓油箱工作狀態(tài)有密切關系。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入液壓油中；液壓油箱臺上的吸油管的位置設計不當也有關。所以在液壓油箱設計中要注意上述因素，并盡可能在結構上采用一些措施。
      空氣的進入與液壓油管的安裝也有關系。若泵的進油管路漏氣，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，又經液壓泵帶入系統(tǒng)；各個油管接頭密封不嚴或橡膠油管老化等使空氣進入液壓油中。
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生嚴重的影響，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)將產生重大的影響。
2.1 液壓泵的工作性能變壞：
      空氣進入液壓系統(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致液壓油不能充滿油腔而產生工作性能變壞。
2.2 產生噪聲和振動：
      空氣侵入液壓系統(tǒng)是產生噪聲和振動的主要原因。當溶有空氣的液壓油流進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。當氣泡隨油液流到壓力較高的地方時，氣泡被壓縮而導致體積較小，此時在氣泡內積蓄了一定的能量。當壓力增高到一定數(shù)值時，氣泡被壓破裂，產生局部的液壓沖擊使系統(tǒng)產生振動，局部的壓力可達幾十兆帕，同時產生爆炸聲。
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，導致執(zhí)行器動作失誤，自動控制失靈，工作機構產生爬行，破壞了工作穩(wěn)定性，嚴重地危害著系統(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 導致氣蝕的產生：
      油液在低壓區(qū)產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，會對壁面產生較大的局部沖擊力，瞬間壓力可高達數(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嚴重的。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），導致油中的各種添加劑破壞，產生游離碳、酸質和膠泥狀沉淀物，并造成油液發(fā)黑，加速了油質的劣化，同時還會使金屬產生化學腐蝕作用。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)的技術措施：
      3.1 防止外部氣體進入系統(tǒng)，使用中應經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.
3.2 在維修安裝中，必須排除元件及管路中空氣，并應將吸油管及泵體灌滿油液，保持油管的密封良好。
3.3 經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，會在進油腔形成空穴，為防止形成空穴，應設置補油回路。
3.6 可在油箱吸油側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，應引起高度重視。氣泡產生的途徑比較復雜，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。但是正確認識氣泡的危害和產生氣泡的主要途徑，在液壓系統(tǒng)設計中盡可能采取有效的技術手段加以防范，盡量遏制氣泡的產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，除在液壓設備設計時采取必要的預防措施在設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，以保證液壓設備安全進行，也是非常重要和不可忽視的。

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