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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 / K$ J5 {! i. q6 ]
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。, [9 I+ u3 m. k6 [6 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。% ^! s8 a! l+ a4 ^
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。
: X9 \- t5 |6 }2 气体混入液压系统的途径
" o, p+ G. j* V# k7 R 2.1 人为因素
5 f1 W* F) }% R% [: |5 T7 W 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。
, T/ H. j1 D# K7 u 2.2 系统因素
$ t. U! f8 G. z& s9 m3 L 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。
. q) ]8 k! z7 |+ c9 P) S 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。
) I" F5 y" o' N( c7 r 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。; T" B# z" o s, p* u9 ^
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。
; o" @5 M% @1 H3 传统的放气方法 3 T+ \$ c+ P# `9 X) W. @
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。 , i% c4 h" E& R& ~ ~. b! Z
4 自动放气阀的工作原理
+ C, b. {" K, g# l 如图1所示,自动放气阀属压力切断阀结构。
4 v" A5 T! V5 t4 u7 a% H/ P ohttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/2005112621154212177801_chinacnw_com.gif
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图1 自动放气阀结构2 Z6 W5 f8 E" T% H: g* A4 ~4 w8 l
1.弹簧 2.阀芯 3.卡环 4.阀体 9 M( U$ D) q% y
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。8 j/ V4 s- n2 |# K+ L7 i5 ^
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。
( K$ d7 Y. m- k) ]% K4 \& s8 _ 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。
* x1 t$ L$ p' C# t' d: D2 {7 B f" U 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。# K e: `' D' k5 r
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。
; ?, L: v7 _; @3 [ 用压力流量公式描述上述过程:4 G& S H6 @% P& w/ ^, e/ F5 _) x
起动压力pm=KX0/A
% y! @3 R, m( R' J: ~! Y; V) g 关闭压力pC=K(X0+X)/A$ I& j2 ?& Z) ?. R/ x3 ?
式中 K——弹簧刚度
/ q" W6 X, ?! h! T6 b, { X0——弹簧预压缩量
4 i5 ^ l$ V: G% P; T" ?% G X——阀芯开口量。% Y# `4 M. B, S$ ]
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:
. `$ P8 P" Q* J( z Qg=113 CVπd2/4(pm+0.1)(273/T)1/2) n1 C- }# r7 M9 m) s7 P& t
式中 pm+0.1——pm的绝对压力值
1 b$ k7 K5 P& | 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:
+ T6 `0 c3 H% G Q1=Cqπd2/4(2pc/ρ)1/2
( O3 V8 I- a! O式中 CV——气体截面收缩系数,一般取0.6. u ^+ [3 D; d- V) @
d——控制节流孔直径
/ f1 H; |# K$ t3 Y4 X9 x T——气体的绝对温度7 R; L6 ]* x, H5 L
Cq——油液的流量系数,一般取0.74 P' O. n6 v" p/ T2 h
ρ——油液的密度
6 K1 V0 W5 E2 c" `' B% {4 v 一般来讲,X/X0>>1,这样pm≈pC。6 x& j( [/ p! Y) N1 b+ z) h/ X
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。
! V; q8 v% g- G2 \/ c7 [5 试 验
: o. w! g& J2 t- J Q5.1 气体通过性能试验 $ Q8 [4 N% T2 u0 T( O( e; }
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。
$ s# M& L- C) ~, t% Z0 f9 i( s 5.2 装入系统切断试验 $ {% J+ S/ I4 j+ H3 L2 G
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。 9 r1 w- E% \; z
6 实践分析
7 d9 l! z7 C0 p3 O4 K" ~$ b 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。
: J1 A% V; b. V0 _* v; E 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。 , \ ^( r+ g0 o0 T, V2 l
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