可消除液压系统中气穴现象的装置设计

　　所有液压系统均以液压油为工作介质,液压油是液压系统的生命血液。然而空气能够以多种方式进入液压系统,要想拥有一个完全没有空气的液压系统几乎是不可能的[1]。在常温和大气压下,一般矿物油能溶解6% ~12%的空气,油液溶解空气的能力与油液的压力成正比。当油液的绝对压力低于油液的空气分离压时,溶解在油液中的空气就会被分离出来产生大量气泡,这就产生气穴现象[2]。

　　在液压系统中,某处流速过高或供油不足,都会使该处的压力降低。当压力降到一定值,液体中形成一定体积的气泡,其以微细气泡为核,体积膨胀并相互聚合,这种气穴称为轻微气穴。压力降低到空气分离压时,除有上述现象外,原来溶解于油液中的空气游离出来,产生大量气泡,这种现象称为严重气穴。压力继续降低到相应温度下的液体汽化压力时,上述现象不但继续加重,而且油液将会汽化、沸腾,产生大量气泡,使油液变成混有许多气泡的不连续状态,这种气穴称为强烈气穴[3]。

　　气穴发生后,随油流入较高压力区时破灭,破灭时产生局部的高压和高温。高温促使油液密度和黏度下降,并使油液发生氧化、酸化,导致油液逐步变质,从而缩短油的使用寿命,同时在液压部件上产生物理化学性点蚀,长期下去部件会被损坏。气穴的产生还可使液压系统产生振动和噪声,使系统的稳定性变坏,油缸的刚度、执行件的动作精度和油泵容积效率都下降,节流部位产生气穴阻塞和使系统的动态性能变坏。总之,气穴的产生会带来很多负面的影响。因此,研究液压系统气穴的消除方法有着很重要的实际意义。

　　1 可消除气穴现象的装置设计

　　针对现有技术所存在的缺点,作者设计了一种结构简单、实用性强的可消除液压系统中气穴的装置,采用对液压油静态预处理的原理实现气穴的消除。

　　可消除液压系统中气穴的装置基本组成如图1所示,密封箱体1顶部设置有加油口和真空表5,加油口上安装有真空截止阀7,密封箱体1上设置有泵进油管和泵回油管,箱体1的顶部为凸起状,其上安装有与其内腔相通的平衡管路13,平衡管路13上设置有三通,其三个通道上均设置有真空截止阀6、8、9,其他二个通道分别连接有真空泵4和平衡管路13,平衡管路13的另一端安装有三通,三通的其他两个通道分别连接气源3和伸缩气囊2,气囊2位于密封箱体1内的底部,气源3和伸缩气囊2之间的通道上设置有真空截止阀10,平衡管路13和箱体1上均安装有真空表5,气囊2的外周设置有柔性保护罩11。密封箱体1内还设置有温度控制器12。该装置还可以通过PLC实现自动控制。油液中的含气量及局部真空的绝对压力低于相应的空气分离压,是气穴产生的内在条件。在气囊中充入一定气体,使气囊中的气压保持与大气压基本一致,加油至整个密封箱体内,使鼓起的气囊的体积外充满油液;然后关闭真空泵与密封箱体之间的阀,用气动真空泵将气囊中的气体抽出,使容器中的油面下降,在油箱顶部形成具有一定负压和一定真空度的空间,该负压要调整到适当的程度,使油中的水分与其他易挥发物质溢出到这个空间中,而油液基本不挥发。同时对气囊和顶部空间抽真空,确保油液不被抽出,直至压力达到溶解于油中空气的分离压以下,并维持一定的时间,直至油中气体抽完为止,最后打开气源与密封箱体间的截止阀。其中柔性保护罩起到限位气囊、保护气囊的作用,温度控制器使密封箱体内有合适的控制温度。