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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
( F; R' P6 J( @5 y& f 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。$ h, F, E* u) q, C- n e% v& I5 B1 ^
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。
8 U2 ~9 ~ y l 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。 * ]- F$ `5 `1 r; g P. O# d
2 气体混入液压系统的途径 : f* g9 u. A) B. e- q: {* a
2.1 人为因素
4 T- g) o) o+ Y, x 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。
# v1 j0 J7 c6 r4 n% O2 X$ t, c3 J 2.2 系统因素
3 f4 x" S% N5 k+ _! R! a 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。$ x7 p7 ]: x# t5 V
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。
) e7 ?& g+ d; ]8 D 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。" A. ^$ k$ K0 X
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。
" @7 @- c# c* S. O) w3 传统的放气方法 : D) z( C3 T1 w0 u5 b: N: B* R
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。
5 }! t& C: O2 l# _. }" W5 R. X) z4 自动放气阀的工作原理
$ X; {1 v& F; _+ r5 N% W: u( p9 R 如图1所示,自动放气阀属压力切断阀结构。
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" q! \7 H2 k+ C, [4 i图1 自动放气阀结构
) N# C- i. _& T1.弹簧 2.阀芯 3.卡环 4.阀体 ; M! L: f4 }1 p0 `9 V, T3 M
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。
. G( w) C4 D2 d( D+ B# F* U 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。
. u3 E! A2 D2 b$ Z 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。* {5 N; z( T6 h( _, j" S
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。 \2 K1 i7 L# o, W2 x
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。
7 Z+ \1 `- u+ L1 ?: V$ `; t/ s6 C 用压力流量公式描述上述过程:
4 M G9 F# o3 \/ m: ^/ ^; ~ 起动压力pm=KX0/A2 F e8 }" J# Z
关闭压力pC=K(X0+X)/A
* U2 ?% n" U* B6 F8 Q; q' S6 V- p 式中 K——弹簧刚度
% r' _0 o% j$ N# U; _1 y X0——弹簧预压缩量( D/ X% A% v+ v9 h2 F5 P
X——阀芯开口量。& J4 z+ a- Q3 b3 [, Z9 O/ r
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: N+ q' X" n7 \$ p9 o" x, c
Qg=113 CVπd2/4(pm+0.1)(273/T)1/2' E* h5 J% }( V4 f
式中 pm+0.1——pm的绝对压力值
0 f0 P! ^3 W* ~& c4 c# E% U) | 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:9 s$ t/ w) `) c' s2 Z% v
Q1=Cqπd2/4(2pc/ρ)1/2
$ F% Z' A9 v" z1 q式中 CV——气体截面收缩系数,一般取0.6
3 a# V% R# s1 H& s, q- L3 i; K. C d——控制节流孔直径% f# t I! U" c* M( i& E% W
T——气体的绝对温度* `8 J$ v6 l% g. O6 _4 x# x( ^
Cq——油液的流量系数,一般取0.7; _/ n8 J0 p9 H* y* x& C7 ]* D. c
ρ——油液的密度" \0 a; z# e) ]* M U0 W$ U
一般来讲,X/X0>>1,这样pm≈pC。
7 W3 b% \2 m6 Y" U, @" E" b 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。
6 t$ A6 T, M: C& u/ p, m" R* e5 试 验
. r% M6 o! h4 D, f5.1 气体通过性能试验
3 b8 W9 K- C0 [ 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。 $ ^* f7 ]( L+ D% g) x
5.2 装入系统切断试验 A% e. g: h, \2 i+ v
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。
, E# j8 a! M# Q$ \6 实践分析 ; `, z0 F H, ^/ { N* M4 Q: L
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。& ]. A) S5 @8 j. s
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。 
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2 g) e6 G$ y) T[ 本帖最后由 mtmtmt 于 2006-12-5 10:05 编辑 ] |
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