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发表于 2006-12-5 10:04:29
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来自: 中国湖北武汉
1 液压系统中气体的危害 * P( O* v" Y" A% {# z" [" C
作为液压系统工作介质的油液不仅传递动力,而且对系统或其他装置起着润滑和冷却的作用,对工作油液中含有气体的危害这里作一简述。
- I9 E+ j" \5 X+ i" Z 系统运行时由于气体的存在,油液流动呈紊流状态,不利于散热且增加了压力损失,加速了油液的温升和氧化、缩短了油液的使用周期;影响了系统的刚性和响应特性,使系统压力产生脉动,元件、管路等连接松动,执行器输出达不到额定值并产生爬行、颤动,甚至产生误动作;系统工作压力变化时,由于气泡急剧缩小和放大,即产生气穴与气蚀现象,使系统产生噪声甚至遭到破坏,油气混合到一定程度,使油箱喷油的可能增大。
' Y' X( S, e. D3 E- e3 }9 M6 H0 F, w 应当特别引起注意的是对于带载起动的恒压系统,空气的存在对其威胁更大。系统停止工作后油液中含有的气体在常压下全部释放出来,聚集在管路的高处,再次起动时泵出口上的管路内存有的及泵排出的气体受压缩,再窜回吸油侧,造成液压泵干摩擦或处于临界润滑状态运行并产生吸空,给起动带来困难,降低容积效率,严重的甚至会使液压泵烧毁。油气混合亦会造成执行器的干摩擦损伤,如果同时有其他装置(如传动装置)需要液压系统的油液进行润滑,由于油液中气体的存在,起动时此装置不仅得不到及时润滑,而且此时传递的压缩空气还要破坏原有的油膜,有产生研烧报废的危险。因此一些液压泵生产厂家对泵的起动特别提出要求:为排除滞留的空气,起动时必须松开泵出口的接头或螺堵让空气逸出。
! }* Z8 Y+ _2 u2 气体混入液压系统的途径 - x& I: y" T% }) g
2.1 人为因素 % |" g7 m, g4 Z% m' M( j6 ^5 u
系统加注的油液没有经过很好的沉淀、过滤,致使带入过量的空气;系统调试初起动及每次使用前空载运行时没有很好的放气,致使原来管路、执行器容腔的空气滞留在系统中;管路,特别是吸油管路漏气,致使外界空气窜入系统。 , a) d* d4 ], @, E- V
2.2 系统因素
- e! M" |3 F$ Y: R- ^8 F$ S5 [ 实验表明,常态下矿物油中空气的溶解量可达6%~12%。常用的液压油中空气的溶解量一般为9%左右,这就是说正常情况下系统中的油液是混有一定气体的。' U F4 A; Y! t# D _% o- M
根据亨利定律,气体在油液中的可溶性与绝对压力成正比,系统运行时油液经阀、过滤器等元件产生较大压降,使空气析出,以微小气泡状悬浮在油液中。
- U7 X8 z( c9 E. j# ~ 系统回油(有的经过滤器)在油箱里产生浪花、泡沫,同时不可避免地搅动油箱内的油液,亦使空气混入,这些油液中的气体又被吸入系统循环,致使油液含气量不断增加。
) E% N, ]" t8 B+ {- j 对于油箱低置系统,因无吸油单向阀(工程机械液压系统中常见),系统停止工作后气体从吸油管涌入,上升到液压泵入口,如果液压泵静密封性能不好,气体还要经过泵上升至压油管路。 ' ~( L& T6 a6 y. O, }- l" K
3 传统的放气方法
! O9 c, a, @. o' n 从气体混入的途径看,人为因素造成的较容易排除,只要提高装配质量,加强系统调试并注意每次起动后要空载运行一段时间便可;由于系统原因造成的则要经常性地进行放气。传统的放气方法是起动时在液压泵出口及最高处松开螺堵进行放气,因不能实现自动化,这给系统的使用带来很大的不便,往往使用者做不到及时放气。本文提出一种自动放气的方法,效果良好。
9 ?% E/ F5 j9 i/ `' ]4 自动放气阀的工作原理
* i; K! s$ S/ K9 Y% E# ^+ j0 @ 如图1所示,自动放气阀属压力切断阀结构。
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图1 自动放气阀结构
, ?5 y3 j; H1 e( R1.弹簧 2.阀芯 3.卡环 4.阀体 - ~/ h y2 ~& S& s0 `2 Z9 {
泵起动时,压油腔的气体从阀芯2的下端进入,通过阀芯2下部的横孔、阀芯2与阀体4的环形空间及形成的开口,再经过阀芯2上的节流孔d来到弹簧腔,进入油箱。4 V8 {5 a; ^+ n+ h* e7 \/ Z, t
由于节流孔d的作用,气体通过组件时在阀芯下端产生气压,当通过的气体流量较小时,气压对阀芯2的面积A形成的作用力小于弹簧的预压力KX0,此时阀芯2仍保持在原来的位置不动。
4 }( _0 w" `1 f: r4 ] 当通过的气体流量较大,此时气体在阀芯下端产生的气压对阀芯2形成的作用力大于弹簧的预压力KX0即达到阀的起动压力pm(相对压力)时,阀芯2便向上移动,逐渐关闭阀芯2与阀体4形成的开口,此开口最终起节流作用使压力再次升高,阀芯2迅速上移,直到关闭开口。, @6 ~4 A* Z+ G; t4 Q! P1 |
通过的气体流量不大,产生的气压达不到阀的起动压力时,阀芯2不动,这样当气体放完后,液压泵正常工作,液体通过节流孔d产生背压,此压力的作用同气体产生的压力作用一样,当油压达到起动压力pm后,阀芯2快速上移,压力继续上升至关闭压力pc时,阀芯向上移动了X,最终关闭阀芯2与阀体4形成的开口,实现锥口无泄漏密封。
# {0 a7 |7 E4 [& @& q# L 从上述的过程可以发现:阀芯2上的小孔d为控制节流孔,控制着关闭压力和流量。/ Y$ p9 W3 f* q7 c$ r" V
用压力流量公式描述上述过程:% x! Q. \ y. b/ r+ z
起动压力pm=KX0/A& G8 `/ ]% {- w( ~2 i9 \/ v
关闭压力pC=K(X0+X)/A
' M% k$ l1 K: S. ?% \: H- U) j7 a. B 式中 K——弹簧刚度
9 Z. K) h# d0 n. T% o1 G X0——弹簧预压缩量
# @0 {0 x$ u( m6 W X——阀芯开口量。
. e7 S& c$ [8 ^( U# \. i. } 使阀芯动作的气体流量,可按气体通过节流孔d为声速状态计算:2 i: v* B. w( U; Z4 m- {1 t
Qg=113 CVπd2/4(pm+0.1)(273/T)1/2$ S- F- V+ k: c( Y. n' B+ D
式中 pm+0.1——pm的绝对压力值: h% T3 h, X% p8 Q, ?7 K
使阀芯关闭的液体流量,可按液体通过的节流孔为薄壁小孔计算:
# D/ S7 i' G% X) C Q1=Cqπd2/4(2pc/ρ)1/2
& S' X4 k6 q6 \, }- P5 e4 `式中 CV——气体截面收缩系数,一般取0.6& d6 e9 o. j: ? `
d——控制节流孔直径. }' f5 i2 c2 ~# |/ a6 o q
T——气体的绝对温度
2 }# ] d: {7 o+ G/ Z# L2 n Cq——油液的流量系数,一般取0.7, L$ p. E: o2 U" ~
ρ——油液的密度+ G2 n# `" }) q# @6 O* M
一般来讲,X/X0>>1,这样pm≈pC。
; C; ]7 ` Z. m4 p, [' U 参数的设置:首先,根据系统最低压力和最大流量确定阀的关闭压力及需要放气的流量,然后计算d值和Q1值。例如关闭压力为0.1 Mpa,阀芯动作放气量为200 L/min时,节流小孔d=2 mm,关闭的液体流量Q1=1 L/min。这种参数的自动放气阀可用于最小流量大于1 L/min,最大流量小于200 L/min,最低压力高于0.1 Mpa的系统。 $ B$ M& \, m5 J+ P; I" D
5 试 验 . J5 c8 \1 m; j
5.1 气体通过性能试验
7 |2 q& h) T8 j, T7 L 把组件与压缩空气相连,气压低于0.1 Mpa时,气体通过组件排放,进口压力达0.1 Mpa时,阀芯关闭。 ! n9 D9 R% y' M1 \4 [/ d% k+ D8 K
5.2 装入系统切断试验
( j) N+ C. z9 s7 W 把组件安装到液压泵出口,低速起动时有大量气体放出,随后有少量油液溢出,最终关闭且无渗油。 5 U! H' |# r7 a: p2 O5 A, X
6 实践分析 6 J2 v' z# `# c" P1 [, R
①自动放气阀理想的安装位置是泵出口压油管路的最高端,把聚集的空气迅速放回油箱,有利于快速吸油,避免干摩擦,起到对泵保护的效果,同时给其他需润滑的装置迅速供油润滑。
' n( u4 S6 {# A# k: C S9 } K8 F! \8 q ②放气阀的出口接回油箱,补充气体,降低泵吸油负压,实现泵吸油的良性循环。 2 r' o9 a/ Z: c7 S$ C. S2 |! H
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