飛機液壓系統(tǒng)氣體污染及排氣方法分析

楊斌

【摘 要】本文介紹了液壓系統(tǒng)中氣體產(chǎn)生的原因及其帶來的危害，然后分析了幾種用于液壓系統(tǒng)排氣的排氣閥原理及各自優(yōu)缺點。

【關(guān)鍵詞】液壓系統(tǒng)；氣體污染；排氣

0 引言

液壓系統(tǒng)具有比功率大、響應速度快、抗負載剛性大及容易控制等特點，廣泛應用于航空航天、工程機械等領(lǐng)域[2]。混入液壓系統(tǒng)的空氣會嚴重影響液壓系統(tǒng)的性能，本文從采取何種措施可以減少空氣進入液壓系統(tǒng)和如何及時排走進入液壓系統(tǒng)中的空氣兩個方面對液壓系統(tǒng)排氣問題進行分析。

1 氣體污染來源及危害

1.1 氣體污染來源

通常空氣通過以下幾種方式進入液壓系統(tǒng)：

1）給液壓系統(tǒng)加油時帶入空氣；

2）液壓用戶作動筒活塞桿回縮時，可將空氣吸入液壓系統(tǒng)；

3）拆裝閥、液壓管路等時有空氣進入液壓系統(tǒng)；

4）液壓系統(tǒng)局部密封失效；

5）蓄壓器中的氣體通過密封件進入液壓系統(tǒng)。

此外，液壓油中總是溶解有一定量的氣體，液壓油的空氣溶解量與液壓油的溫度和壓力有關(guān)，溫度不變時，壓力越大，空氣溶解量越大。在一定的溫度下，當液壓系統(tǒng)壓力降低時，溶解在液壓油中的氣體將分離出來形成氣泡，即產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象。

1.2 氣體污染危害

溶解在液壓油中的氣體不會對液壓系統(tǒng)產(chǎn)生危害。而游離在液壓油中的氣泡則會危害液壓系統(tǒng)，主要體現(xiàn)在：

1）使液壓泵吸油不足甚至干摩擦，產(chǎn)生噪音，輸出流量不穩(wěn)定，輸出壓力脈動增大，嚴重的將損壞液壓泵；

2）液壓油的流動特性變壞，大量氣泡隨著液壓油重新進入高壓區(qū)時，因承受不了高壓而破滅，原來氣泡所占據(jù)的空間形成局部真空，周圍的液壓油質(zhì)點以極高的速度來填補這一空間，使液壓油質(zhì)點間相互碰撞，產(chǎn)生局部高壓和高溫，形成液壓沖擊，產(chǎn)生振動和噪聲，如果這種局部沖擊作用在金屬表面，將會對金屬表面產(chǎn)生腐蝕，使金屬疲勞，表面剝落或出現(xiàn)棉狀的小孔穴，這種現(xiàn)象也稱為氣蝕現(xiàn)象[1][3]；

3）氣蝕現(xiàn)象將縮短液壓設(shè)備和液壓管路的壽命，并且影響系統(tǒng)的剛性和響應特性，使運動部件的運動速度不均勻。

綜合上述氣體污染的危害，可知氣體污染嚴重影響液壓系統(tǒng)正常工作甚至造成損壞，因此，設(shè)法減少空氣進入液壓系統(tǒng)并且及時排除液壓系統(tǒng)中的游離氣體有著重要的現(xiàn)實意義。

2 減少空氣進入液壓系統(tǒng)

由于空氣是通過與油液接觸而進入液壓系統(tǒng)的，因此可通過減少空氣與油液的接觸來減少空氣進入液壓系統(tǒng)，常用的方法包括采用自增壓油箱代替引氣增壓油箱，以及使用自密封接頭代替?zhèn)鹘y(tǒng)液壓接頭。

2.1 采用自增壓液壓油箱

傳統(tǒng)的液壓油箱通過增壓組件將飛機氣源系統(tǒng)的增壓空氣引入液壓油箱進行增壓[6]。如圖1左圖所示，引氣增壓油箱油液和空氣直接接觸，會增加油液中的空氣含量，一旦系統(tǒng)壓力下降，極易發(fā)生氣穴現(xiàn)象。

自增壓油箱利用高壓腔通過增壓活塞給液壓油箱增壓。油液和空氣被活塞隔段，無法直接接觸，可以減少空氣進入液壓系統(tǒng)。經(jīng)驗表明，使用自增壓油箱的液壓系統(tǒng)，液壓泵的壽命要比使用引氣增壓油箱的液壓系統(tǒng)高。

2.2 采用自密封接頭

在液壓設(shè)備拆卸時，自密封接頭不僅可以阻止油液泄露，而且還可以阻止空氣進入液壓系統(tǒng)。因此在拆卸、維修頻繁的設(shè)備，如快卸接頭、油濾等中使用自密封接頭能減少空氣進入液壓系統(tǒng)。

3 排氣方法分析

如果液壓系統(tǒng)中存在游離氣體，一般使用排氣閥進行排氣，常用的排氣閥分為三類，分別是手動排氣閥、機械式自動排氣閥、光電式自動排氣閥。

3.1 手動排氣閥

手動排氣閥即為手動溢流閥，如圖2所示。手動排氣閥一般安裝在液壓油箱的最高處，每次給液壓系統(tǒng)加油后，需要操作手動排氣閥進行排氣。手動排氣閥具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高的優(yōu)點，但由于無法觀察到油箱內(nèi)氣體是否已排凈，只能根據(jù)是否有油液排出來判斷氣體是否排凈。

3.2 機械式自動排氣閥

如圖3所示，機械式自動排氣閥由閥體、氣室、不銹鋼浮塊、不銹鋼拉桿、復位彈簧、密封針閥、放氣嘴組成。由于自動排氣閥安裝在液壓系統(tǒng)壓力最低處，系統(tǒng)工作時產(chǎn)生的氣體經(jīng)自動排氣閥底部進入閥體，通過不銹鋼浮塊與閥體內(nèi)壁之間的間隙進入氣室，隨著空氣量的增加，氣室內(nèi)的壓力增大，迫使浮塊向下運動，拉桿機構(gòu)則使頂部的針閥開啟，將空氣由氣嘴排出。隨著空氣的排出，氣室內(nèi)壓力逐漸下降，在液體的浮力和復位彈簧的作用下，浮塊上升并使排氣閥關(guān)閉[3]。這種排氣閥易出現(xiàn)漏油現(xiàn)象，而且受到飛機液壓系統(tǒng)只能在地面才可以排氣的限制，飛機液壓系統(tǒng)不適用這種機械式自動排氣閥。

3.3 光電式自動排氣閥

光電式自動排氣閥作為自動排氣閥一種形式，常用于飛機液壓系統(tǒng)中，用于排除液壓系統(tǒng)工作時產(chǎn)生的氣體。主要由閥體、光電檢測電路、控制電路、比例放大器、電磁閥組成。自動排氣閥一般安裝在飛機自增壓液壓油箱低壓腔的最高處，以便收集液壓系統(tǒng)工作時產(chǎn)生的氣體。

如圖4所示，正常情況下自動排氣閥的集氣腔充滿了油液，光電發(fā)生器產(chǎn)生的光線通過棱鏡時發(fā)生折射，光電接收器沒有信號輸入，自動排氣閥處于關(guān)閉狀態(tài)。隨著液壓系統(tǒng)的工作，產(chǎn)生的氣體會在液壓油箱中積累，由于自動排氣閥安裝在油箱的最高處，氣體進入自動排氣閥的集氣腔，如圖5所示。隨著集氣腔的氣體越來越多，光電發(fā)生器產(chǎn)生的光線在棱鏡處發(fā)生全反射，此時光電接收器接收到光線信號。

光電接收器接收到光線信號后，集氣腔存在大量氣體的信號被傳遞給控制電路中的處理器，處理器將信號傳遞給液壓控制軟件。液壓控制軟件接收到信號后，根據(jù)飛機的狀態(tài)決定是否發(fā)出排氣指令。若條件允許，處理器將接收到排氣指令，排氣指令通過比例放大器驅(qū)動電磁閥打開，氣體被排出。氣體排出后，集氣腔內(nèi)液面上升，通過棱鏡的光線從全反射變回折射，光電接收器無光信號輸入，電磁閥停止工作，排氣工作完成[4-5]。自動排氣閥的原理框圖如圖6所示。

這種光電式自動排氣閥能夠自動檢測液壓油箱中是否存在空氣，并反饋給飛機計算機（液壓控制軟件），根據(jù)飛機狀態(tài)選擇性排氣，極大地方便機組和地面維護人員。

4 結(jié)論

游離在液壓系統(tǒng)中的氣體會造成液壓系統(tǒng)壽命縮短、剛性降低等。可以通過避免空氣進入和對液壓系統(tǒng)排氣兩個手段來降低液壓系統(tǒng)中空氣含量。自增壓油箱和自密封接頭的使用可以減少空氣進入液壓系統(tǒng)。排氣閥可以排除液壓系統(tǒng)中的氣體。其中，手動排氣閥具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高的優(yōu)點，但由于無法觀察到油箱內(nèi)氣體是否已排凈，只能根據(jù)是否有油液排出來判斷氣體是否排凈；機械式自動排氣閥易出現(xiàn)漏油現(xiàn)象，而且受到飛機液壓系統(tǒng)只能在地面才可以排氣的限制，不適用于飛機液壓系統(tǒng)排氣；光電式自動排氣閥能夠自動檢測液壓油箱中是否存在空氣，并反饋給飛機計算機（液壓控制軟件），根據(jù)飛機狀態(tài)選擇性排氣，極大地方便機組和地面維護人員。

【參考文獻】

[1]劉欣欣，程松濤.液壓系統(tǒng)中氣穴現(xiàn)象分析及對策[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2011.4.

[2]王占林，主編.飛機高壓液壓能源系統(tǒng)[M].北京航空航天大學出版社，2004.11.

[3]李向書，騰一青.自動排氣閥、螺旋空氣分離器在液壓系統(tǒng)中的應用[J].液壓與氣動，2012.5.

[4]歐陽小平，王俊暉.一種用于液壓系統(tǒng)的光電自動排氣閥：中國，203023180U.[P].2013.06.26.

[5]帕克-漢尼芬公司.用于封閉式液壓系統(tǒng)的自動空氣放泄閥：中國，101981326A[P].2009-03-31.

[6]李艷軍，主編.飛機傳動與控制[M].科學出版社，2009.2.

[責任編輯：王楠]