液压系统中气泡的产生原因及处理方法.pdf

第 5 期 总 第 1 6 2期 2 0 1 0年 1 O月 机 械 工 程 与自 动 化 MEC HANI CAL ENGI NEERI NG AUT0MAT1 0N No． 5 Oc t ． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 0 0 5 0 1 8 3 0 2 液压系统 中气泡的产生原 因及处理方法 孙 畅 中国船舶重工集团公 司 第七一 0研 究所 ，湖北 宜 昌4 4 3 0 0 3 摘要 对液压 系统所用 液压 油中混入 的空气来源及在使用过程 中气泡 的产 生进行 了简要说 明， 同时对气泡在 工 作过程中对组 成系统的器 件可能造成 的危 害进行 了扼要分析 ，提 出了几种针对油液 中形成 气泡 的解决方法 。 关键 词油液 ；气泡；处理 方法 ；液压 系统 中 图分 类 号 TH1 3 7 文 献标 识 码 B 0 引言 液压 系统 主要 由电机 、液 压泵 、 阀类 器件 、辅 助 装置以及管路等组成密闭的回路 ， 在这密闭的回路中， 由于液态 油不 断地 循 环 ，其 温度 将会 不 断升高 ，这样 油液 中就混 杂 了各 种有 害 的物质 ，如水 、空 气 和污染 物 ，会引起 液压 系统气蚀 ，降低 系统 的刚度 ，使 系统 可靠性下降 。本文对液压系统中的油品产生气泡的原 因进行 了分析，提 出了控制和解决 的几点措施。 1 液压 系统 中空穴 及气 泡 的产 生 1 ． 1 空 穴 的 产 生 液 压系统 中产 生 空穴 主要 是 由于约 有 5 左 右 的 空气溶解 在油 液 中 ，当达 到一 定真 空度 时便会 出现 过 饱和现象 ，开始逐渐分解出空气 。这时当局部压力降 低或升高到油的 “ 空气分离压”时 ，则工作油 内溶解 的空气会大量分离出来 ，形成气泡而产生空穴 。而这 种气泡随油液经管道进入高压区，气泡就会被挤压破 裂，体积迅速缩小 ，在系统管路或其他局部范围内产 生幅值很大的高频冲击压力 ，使系统剧烈振动。 1 ． 2气 泡的产 生 油 液 中的气泡 主要分 为溶解 空气 和掺混 空气 。溶 解空气是指溶解在油液中的气体。液压油在生产、储 运及 出厂前 的过滤 中都是 在 大气压 力下 进行 的 ，因此 油液中含有空气是不可避免的，少量溶解于油液中的 空气，对油液的物理性质没有直接影响 ，但溶解于油 液中的空 气是 随着油 液流 动 的 ，而 油液 流动所 造成 的 压力 下 降又会分 离 出空气 ， 这是 油 中气 泡 的来源 之一 。 掺混空气是直径约为0 ． 2 5 mm～0 ． 3 mm的球状气泡 ， 悬浮 于油 中 ，它有 两种 生成 方式 是 溶解 了一 定数 量 的空气处 于饱 和状态 的 油液 ，流经 节流 口、泵 入 口 收稿 日期 2 0 1 0 0 1 0 7 ；修 回 日期 2 0 1 0 - 0 5 2 1 作者简介 孙畅 1 9 8 1 一 ， 男 ， 湖北潜江人 ， 工程师， 本科 。 段或 液压 缸处 ， 当绝对 压 力下 降到油 液 的饱和蒸 汽 压 或空气分离压时，油中过饱和空气就被析 出，使原溶 解于油中的微细气泡聚集成较大的气泡出现；二是通 过油箱和泵的进油管掺混入油体 内。 2空 穴及气 泡对 系统 的危 害乜 2 ． 1 工作 不可 靠 油 液是液 压 系统 中的动力 传 递介质 ，其 压缩 率约 为 5 1 0 MP a - 1 ～ 8 1 0 MP a ～，即 压 力 增 加 1 0 MP a ，容积压缩减少仅为0 ． 5 ～0 ． 8 ％。 在通常情 况下认为油是非压缩性流体 ，但油中混入空气 ，其压 缩率 就会 大 幅增 加 ，导致 系统 故 障 ，主要 表现 如下 2 ． 1 ． 1 系统 失稳 一 般液压系统的固有频率 r a d ／ s 为 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 ’ 。 。 。 ’ 。 ’。 ● - ’ 。 ‘ 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 ’。 。 。 。 。 O h 一√4 A ／ fl V , m 。 其 中 A为油腔有效工作面积 ， m。 ； 为管路损耗系数 ； 为油 腔总 容积 ， m。 ； 为活塞 及负 载总 质量 ， k g 。 通 常液压系统的固有频率 远大于工作频率， 当液压油 的压缩 率大 幅度增 加后 ， 就会 随之减 小 ，甚至 出现 在工作频段内使系统失稳。 2 ． 1 ． 2 系统 反迟滞 当油液压缩率增大后，在运动中要到达相同的位 移 ，就需 要更 多 的油液 。因此 ，系统 的反应速 度会 降 低，严重时将造成工作机构产生间歇运动，系统可靠 性 降低 。 2 ． 2 油温升 高 当液 压 系统 达 到一定 压力 ，油 液 中的气体 瞬 间压 缩 ，温度将急剧升高 ，达到一定温度时 ，周围的油便 会燃烧 ，这是液压系统油温升高的主因。而空气导热 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 8 4 机 械 工 程 与 自 动 化 2 0 1 0年第 5 期 性差 ，油中存有气泡时，其导热系数降低 ，影响了油 的冷却，导致油温再升高 ，主要表现为 2 ． 2 ． 1 油 的氧化 根 据 油 液 氧化 机 理 ，油 温在 6 0 C以 上 ，每升 高 1 0 C，氧化速度倍增 。氧化后的油液通常都会生成酸 性化合 物 ，引起系 统 中金 属腐蚀 ，产生铁 锈 、金属屑 等渣泥，作为氧化过程中的催化剂 ，加速油液氧化。 2 ． 2 ． 2 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。油膜的强度和厚度取决于油液的质量 ，变质的油 液其油膜强度不足以承受工作负载压力 ，致使金属表 面互相 接触 ，从而 导致摩擦 力增加 ，加速 零件磨损 。 2 ． 2 ． 3 加 速密封件 老化 液压系统 中的密封件均由不同化学成分的材料制 成，不仅要求其与油液有 良好的相容性 ，而且还能承 受适当的工作油温 ， 如油温超过密封件的耐热温度 ， 便 会使其老化加速，失去弹性 ，丧失密封性能。 3 消除空 穴及气 泡的方法 3 ． 1 油箱 除气 液 压系统 油液 中的气泡 ，一般是 利用 系统 中的油 箱进行去除的，在油箱的设计阶段就应考虑。具体方 法是 在满足性能要求的同时，在油箱结构上采取措 施，使其水平截面积大于油液深度 ；在结构允许的条 件下体 积应尽 量大 ；在油箱 内部设 置隔板 ，延长油 液 在油箱 内 的停 留时 间 ；进 、出油 口处应 尽 量远离 。 3 ． 2 离心分 离除 气 利用 油液 和空气 的密度不 同 ， 在离 心力作 用下 ， 气 泡向旋转 中心聚积， 将油液中的空气强制分离出来 ， 此 方法主要依靠进油腔、工作腔、导向叶轮、出油腔及 排气管等器件。当油液从切线方向进入油腔时，以一 定的动能冲向导向轮叶片，在其作用下，液体作螺旋 加 速运动 ，由于油液密 度大 于气泡 密度 ，在 离心力 作 用 下 ，气 泡 向中心 轴线 聚积 ，中心轴线 上 的压力随 液 流螺旋 加 速增加 而递减 ，在工作 腔小 径处 的中心压力 最低 ，气泡在中心轴线上的压差和接近中心液流的连 带作用下向工作腔最小直径处运动而集合，在工作腔 与出油腔结合处附近，液流由于没有螺旋运动，所以 此处的压力高于出油腔入 口处的压力 ，大量聚积起来 的气体在压力的作用下通过排气管排出装置之外。 3 ． 3 真 空除 气 利用液 压油不 易气化 挥发 的特性 。将 液压 油加热 至4 O IC～7 O C，驱动液压油进入特定的真空设备 ，使 液压油中的气体挥发，从而脱除液压油中的气体。 4结语 工作频率越高的液压系统中，对液压油的要求也 越高 ，若工作 频率 与系统 的 固有 频率接 近就需要 考 虑 采取消除气泡的措施 。事实上液压传动系统中的气泡 很难处理 干净 的 ，上 述方法 不可能 完全 除去气体 ，这 就需要 相关技 术人员 通过 生产实践 ，结合 理论对 其加 以控制 。 参考文献 [1 ] 雷 天 觉． 液压 工 程 手册 E M] ． 北 京 机 械 工业 出版 社 ， 1 99 0． E 2 ] 路 甬祥． 液压气动技术 手册 [ M] ． 北京 机 械工业出版社 ， 2 00 2． Re a s o n a n d Tr e a t m e n t o f Ai r Bu b b l e s i n Hy d r a u l i c S y s t e m S UN Ch an g 7 1 0 Re s e a r c h 8 L De v e l o p me n t I n s t it u t e o f CSI C，Yi c ha n g 4 4 3 0 0 3，Chi n a Ab s t r a c t Th e a r t i c l e an a l y z e d t he r ea s on f o r a i r b ubb l e s i n hyd r a u l i c oi l ， a n d i nt r o duc e d t h e ha r m o f b ubb l e s t o t he s ys t e m e l e me nt s i n o pe r at i o n． Fi na l l y，t h e a r t i c l e put f o r wa r d s ome s ol ut i on s f o r t he p r o bl em． Ke y wor d s hy d r a u l i c o i l ；a i r b ubb l e s；t r e a t me nt；hy dr a ul i c s ys t e m mm ’ ’ ’ ， ， ， mI I , ， ， ’ ’ ， ’ ， ml ’ ’ ’ ， ， ， l mml ’ ， m ， l ’ ， ’ ’ ml ， ， m mm ’ ’ ’ l m I - 接第 1 8 2页 E 2 ] 陈富安． 数控机床原理与编程[ M] ． 西安 西安电子科技大 参考文献 学 出版社 ， 2 0 0 4 ． [ 1 ] 孙德茂． 数控机床车削加工直接编程技术[ M] ． 北京 机械 [ 3 ] 陈虹． 数控加工工 艺与编程[ M] ． 北京 人 民邮电出版社 ， 工业 出版社， 2 0 0 5 ． 2 0 0 5 ． Ve c t o r Ana l y s i s a n d Ap p l i c a t i o n 0 f To o l Ra d i u s Co mpe n s a t i o n i n NC Tu r n i n g G I J o Ba o z he n S h e n z h e n P o l y t e c h n i c，Sh e n z h e n 5 l 8 0 5 5，Ch i n a Ab s t r a c t Th e t h e o r y o f c u t t e r r a d i u s c o mp e n s a t i o n i s i mp o r t a n t t o CNC s y s t e m． I t a l s o a c t s v e r y we l l i n p r o mo t i n g p r o d u c t q u a l i t y a nd i mp r o vi ng pr o duc t i o n e f f i c i e nc y i n NC t ur n i n g． I n t h i s p a pe r，t h e a p pl i c a t i on t e c hn ol og y of t oo l r a d i u s c omp e ns a t i on i n NC t ur n i n g i s d i s c us s e d u s i ng ve c t o r a n a l y s i s a nd ov e r c u t a na l y s i s ． Ke y wo r dst o ol r a di us c o mpe ns a t i o n； v e c t o r； NC t ur ni n g 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m