可消除液压系统中气穴现象的装置设计.pdf

2 0 1 1年 4月 第 3 9卷 第 8期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAUL I CS Ap r ． 2 01 1 V0 l _ 3 9 No ． 8 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 1 ． 0 8 ． 0 2 6 可消除液压 系统中气穴现象 的装置设计 张广川 ，陈玉华 淮安信息职业技术学院，江苏淮安 2 2 3 0 0 3 摘要分析液压系统中气穴的形成机理，指出气穴对液压系统的危害，提出一种可消除液压系统中气穴现象的装置设 计方案 ，有利于改善液压 系统性 能。 关键词 液压系统 ；气穴 现象 ；装 置设计 中图分类号 T H1 3 7 文献标识码 B 文章编 号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 8 0 9 5 2 De s i g n o f a De v i c e El i mi na t i n g Ca v i t a t i o n i n Hyd r a ul i c Sy s t e m zHANG Gu a n g e h u a n， CHEN Yu hu a H u a i a n C o l l e g e o f I n f o r ma t i o n T e c h n o l o g y ，H u a i a n J i a n g s u 2 2 3 0 0 3 ，C h i n a Ab s t r a c t Th e f o r ma t i o n me c h a n i s m o f c a v i t a t i o n i n h y d r a u l i c s y s t e m wa s a n a l y z e d ． I t s h a r m o n h y d r a u l i c s y s t e m w a s p o i n t e d o u t A d e v i c e w a s d e s i g n e d t o e l i mi n a t e c a v i t a t i o n i n h y d r a u l i c s y s t e m wh i c h W as c o n d u c i v e t o i mp r o v e p e r f o rm an c e o f h y d r a u l i c s y s t e m． Ke ywor ds Hy d r a ul i c s y s t e m ； Ca v i t a t i o n； Dev i c e d e s i g n 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 。在常温和大气压下 ，一般矿物油 能 溶解 6 ％ ～1 2 ％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 。 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 。 气穴发生后 ，随油流人较高压力 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 1 3 ，平 衡 管 路 l 3上 设 置 有 三 通 ，其 三个 通 道 上 均 设 置 有 l 一箱体2 一气囊3 一气源4 一真 空泵 5 一真 空表6 、7 、8 、9 、l O 一真空截止阀 l l 保护罩l 2 一温度控制器 l 3 平衡管路 图 1 可消除液压 系统 中气 穴的装置结构 示意 图 收稿 日期 2 0 1 0 0 3 2 2 作者简介 张广川 1 9 7 9 一 ，男 ，讲 师 、工程 师 ，主要 研 究 方 向 为机 械 设 计 制 造 及 自动 化 、液 压 与气 压 传 动 。电话 1 5 05 26 451 79． Emai l ha p p ye v e r y b o dy 1 6 3． c o n 。 9 6 机床与液压 第 3 9卷 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 l 3 ，平衡 管路 1 3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 l 0 ，平 衡管 路 l 3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 1 1 。密封箱 体 1内还 设置 有温 度控 制器 l 2 。该 装置还可以通过 P L C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。 2结束语 气穴及其引发的气蚀现象在液压系统的各类故障 中是常见 的、危 害 性极 大 的一 种 。该 装 置结 构 简 单 、操作方便 ，实用性强 ，能消除气穴 ，对减少 和降 低液压系统 的振动和噪声 、改善液压系统的性能有着 积极而深远的意义 。 参考文献 【 1 】夏立群， 牛世勇， 张新国． 液压系统的气体污染与控制 [ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 8 ， 3 6 7 8 08 2 ． 【 2 】钱雪松． I P - 7 5 0压铸机油泵气穴现象的分析和排除[ J ] ． 机床与液压 ， 2 0 0 0 6 8 8 8 9 ． 【 3 】屈圭． 液压与气压传动 [ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0o 2． 【 4 】符俊华． 如何防止液压系统的气穴现象[ J ] ． 建筑机械， 1 9 9 9 1 5 25 3 ． 上接第 9 4页 根据上 述 内模 工 作过 程 ，液压 系统 原理 图如 图 2所 示 。在 内模 液压 系 统 中 ，两 端 变截 面 上 侧采 用 8 个 液压缸 ，两 端变 截 面 下侧 采 用 8个 液 压缸 ，在 两端变截 面顶模 采用 4个 液压 缸 ，中 间标准 段 顶模 采用 1 4个液压缸 ，标准段上侧每一个侧面都采用 7 个液压 缸 ，共 计 1 4个 液 压 缸 ，标 准段 下 侧 每 一 个 侧面都采 用 7个 液压缸 ，共计 1 4个液 压缸 ，整 个 内 模液压 系统 总 计 6 2个 液 压 缸 ，每 个 液压 缸 上 都 装 有整流叠 加板 、单 向调 速 阀 和双 向液 压锁 ，对 于每 一 组液压 缸 ，通过 一个 手动 换 向 阀控制 液压 缸 的运 动方 向 ，通 过调 节 单 向调 速 阀，从 而保 证 1 8个 标 准段和变截段顶模液压缸 、1 4个标准段上侧两侧面 液压缸 ，1 4个标 准段 下侧 两 侧 面液压 缸 ，8个变 截 段上侧两侧面液压缸、8个变截段下侧两侧 面液压 缸 在伸 出和退 回的过程 中基 本 达到 完全 同步 ，并 且 通 过 双 向液 压 锁 来 保 证 液 压 缸 在 保 压 过 程 中的 锁 紧。通过 蓄能器和单 向阀组 成保 压 回路 ，从 而进 行 长 时间保压 。 2 ． 3 液 压 内模 油缸选择 根据模板的动作和支撑条件，立模时油缸只承受 模板重量 ，浇注过程 中油缸改为撑杆支撑 ，油缸不受 力 ；脱模 时油缸受混凝土对模板 的吸附力及脱模启动 加速 中的惯性力 和摩擦力 。因此 ，油缸受力应按照脱 模时 的最大载荷计算 。取 8 m标 准段模板 ，经有关公 式计算重力 为 F 6 7 ． 9 4 k N ，混 凝 土对 模板 的吸附 力为 F 9 k N，加 速 过 程 中 的惯 性 力 F ， 1 9 ． 2 k N 加速 度 为 0 ． 5～1 ． 5 m ／ s ，摩 擦 阻 力 F 3 4 ． 8 k N 摩擦因数取 0 ． 2 ，上侧采用 2个油缸 ，故 每个 油缸 所受的力大 约 5 0 k N 。根据 上述 计算 结果 ，选 择 D G J 8 0 型液压缸 。 3结束语 该套液压 内模 的液 压 系统 采用 双 排顶 模油 缸 设 计，整体平衡性好；所有油缸设有调速阀，保证其同 步收缩和顶 出，同步精度达到 2 ％ ，并且 通过双 向液 压锁来保证液压缸在保压过程 中的锁 紧。它 已在多条 高速铁路箱梁内膜中应用，具有很好的经济效益和社 会效益。 参考文献 【 1 】全仲余． 机床电器产品使用维修手册[ M] ． 机械工业出 版社 ， 1 9 9 7 ． 5 ． 【 2 】成大先． 机械设计手册 [ M] ． 北京 化学工业出版社， 2 00 5．1 ． 【 3 】 左健民． 液压与气压传动[ M] ． 机械工业出版社， 2 0 1 0 ． 1 ．