对于液压系统油液中气泡的防范研讨

摘要：论述了气泡对系统的危害及气泡混入液压系统的主要途径，介绍了在液压系统设计和使用过程防范气泡危害的具体措施。
前言：
      这些年来，对液压系统油液中的含气量，空气进入液压系统的形式以及液压系统油液中的气泡对液压系统工作的影响等方面，渐渐被国内外从事液压系统工作的研究人员所重视。在国内，一些从事液压技术研究的机构和大专院校正着手研究液压系统的这些问题。本文首先分析了空气进入液压系统途径，然后又在深入分析了气泡对液压系统运行所造成的危害的基础上，又论述了在设计、使用和维护液压系统的过程中防止气泡危害的具体措施，对液压系统的工作可靠性具有重大意义。
      液压技术由于具有许多优点，在国民经济的各个领域中得到越来越广泛的应用。但是，液压系统性能的好坏，直接关系到液压设备能否长期保持良好的运行状态，关系到设备的故障和作业率，关系到设备的运行效益，乃至社会效益。因此，要保证液压系统具有良好的技术性能并保证正常运行，保证各执行器按照规定的要求平稳而协调地工作，合理的设计和正常的使用维护就显得十分重要。
1、空气是如何进入液压系统的：
      空气进入液压系统通常有混入式和溶入式两种方式。了解空气进入液压系统的途径，在液压系统设计、使用和维护过程中有利于制定防止空气进入液压系统的具体措施，以避免或尽量减少气泡对液压系统的危害。空气进入液压系统与液压油箱工作状态有密切关系。许多液压系统与液压油箱是采用气-液接触式增压油箱，这将造成空气在液压油中的溶解度增大；液压油箱中的液面过低，加速了液压油的循环，使气泡排出困难，而且还将引起空气从外部进入液压油中；液压油箱台上的吸油管的位置设计不当也有关。所以在液压油箱设计中要注意上述因素，并尽可能在结构上采用一些措施。
      空气的进入与液压油管的安装也有关系。若泵的进油管路漏气，则大量的空气会吸入；若系统回油管口高于油箱液面时，高速喷射的回油将空气带入油中，又经液压泵带入系统；各个油管接头密封不严或橡胶油管老化等使空气进入液压油中。
2、气泡对液压系统的危害：
      混入液压系统的空气，以直径0.05—0.5mm的气泡状态悬浮于液压油中，对液压系统的液压油的体积弹性模数和液压油的粘度将产生严重的影响，随着液压系统的压力升高，部分混入空气将溶入液压油中，其余仍以气相存在。当混入的空气量增大时，液压油的体积弹性系数则急剧下降，液压油中的压力波传播速度减慢，油液的动力粘度呈线性增高。悬浮在油液中的空气与液压油结成混合液，这种混合液的稳定性与气泡的尺寸大小，对液压系统将产生重大的影响。
2.1 液压泵的工作性能变坏：
      空气进入液压系统以后，大大地恶化了液压泵和整个液压系统的工作条件，表现在液压泵性能变坏和寿命变短。当液压泵吸入了液压油和空气的混合油液，在液压泵的吸油管处，由于压力下降而析出已溶的气体，在液压泵高速旋转时，将造成油液不能充满油腔的现象，这不仅降低了液压泵的供油量和液压泵的效率，还会引起液压油液的冲击，液压的气蚀损坏，管道压力脉动，以至产生由于液压油的不连续流动而引起的噪声。例如，在实际工作中，就遇到过ZB-34液压泵在5000r/min运行时，没箱未增压和管路直径为20mm时，其液压系统的流量小于28L/min ,只有额定转速4000r/min下的额定流量的2/3，同时出现了较大的压力脉动，振动和噪声。这就是由于液压泵吸入了液压油与空气的混合油液导致液压油不能充满油腔而产生工作性能变坏。
2.2 产生噪声和振动：
      空气侵入液压系统是产生噪声和振动的主要原因。当溶有空气的液压油流进管路或元件的特别狭窄的地方时，速度急剧上升，压力急剧下降。当压力下降到低于工作温度下油液的气体分离压时，溶解于油中的气体迅速地大量分离出来，使油液中出现大量气泡。当气泡随油液流到压力较高的地方时，气泡被压缩而导致体积较小，此时在气泡内积蓄了一定的能量。当压力增高到一定数值时，气泡被压破裂，产生局部的液压冲击使系统产生振动，局部的压力可达几十兆帕，同时产生爆炸声。
2.3 液压系统不能正常工作：
      在液压系统中没有空气混入的情况下，其油液的压缩率约为（5—7）×10-3m3/N，可以认为油液是非压缩性流体，而不考虑其压缩性，一旦油中混入空气，其压缩率会大幅度增加，油液本身所具有的高刚度则大大减少，导致执行器动作失误，自动控制失灵，工作机构产生爬行，破坏了工作稳定性，严重地危害着系统的工作可靠性，甚至还会发生机械事故及危害人身的安全。
2.4 导致气蚀的产生：
      油液在低压区产生的气泡被带到高压区时，会突然溃灭，气泡又重新凝聚为液体，是局部区域形成真空，周围的油液以很高的速度流向溃灭中心，会对壁面产生较大的局部冲击力，瞬间压力可高达数百甚至上千个大气压，大量的气泡溃灭时会使金属边壁反复受到剧烈冲击而造成疲劳破坏，引起固体壁面的剥蚀，气穴对固体材料表面的这种侵蚀，称为气蚀，它对系统的危害性很大。
2.5 加速液压油的污染：
      液压油中的气泡或泡沫称为油的无形污染物，它对液压油的危害是相当严重的。它不但可使油液本身的刚度下降、容积效率减小、系统可靠性降底。油中气泡瞬间压缩或破坏时近似于绝热压缩状态，还会使气泡温度急剧升高，引起油温升高（甚至使油液燃烧），导致油中的各种添加剂破坏，产生游离碳、酸质和胶泥状沉淀物，并造成油液发黑，加速了油质的劣化，同时还会使金属产生化学腐蚀作用。除此之外，油温升高还会使油液氧化，使油液的润滑性能下降，加速密封件的老化。
3、防止空气混入液压系统的技术措施：
      3.1 防止外部气体进入系统，使用中应经常检查油箱量情况是否正常，避免发生吸空现象，同时及时检查油液情况避免油液变质.
3.2 在维修安装中，必须排除元件及管路中空气，并应将吸油管及泵体灌满油液，保持油管的密封良好。
3.3 经常检查过滤器是否堵塞，以免油口压力过低而造成空气分离现象。
3.4 在液压缸和管道上部设置排气装置，用以放掉系统中的空气。
3.5 大惯性的执行器在运动中因突然停止或换向时，会在进油腔形成空穴，为防止形成空穴，应设置补油回路。
3.6 可在油箱吸油侧的底部从中间隔板至箱壁间蒙上一层60——100目的的金属网，把排油箱中油液气体分离出来。
3.7 采用较大直径的吸油管，减少管道局部阻力防止泵产生空穴，同时采用大容量的吸油过滤器防止油液中混入空气。泵的吸油管与系统的回油管口要尽可能的低，两者要尽可能远的距离，并在两者之间加隔板或消泡网。
    气泡对液压系统的危害是较大的，应引起高度重视。气泡产生的途径比较复杂，就目前而言，要完全消除和避免气泡对液压系统造成的危害是不可能的，也是不现实的。但是正确认识气泡的危害和产生气泡的主要途径，在液压系统设计中尽可能采取有效的技术手段加以防范，尽量遏制气泡的产生并将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，除在液压设备设计时采取必要的预防措施在设备运行过程中采取防范措施，消除潜在的故障因素，做到防微杜渐，以保证液压设备安全进行，也是非常重要和不可忽视的。

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