液壓系統(tǒng)工作影響因素分析

余正根++李春旭

【摘要】液壓油品質(zhì)的好壞對(duì)液壓系統(tǒng)的工作性能會(huì)產(chǎn)生直接影響。本文從液壓油含氣量、沖擊和污染三方面分析了液壓油品質(zhì)對(duì)液壓系統(tǒng)工作性能的影響，并提出了相應(yīng)改進(jìn)措施。

【關(guān)鍵詞】液壓油；液壓系統(tǒng)；工作性能；影響因素

液壓油是液壓系統(tǒng)傳遞能量的工作介質(zhì)，是液壓系統(tǒng)的重要組成部分。液壓油質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響液壓系統(tǒng)的工作性能。同時(shí)，液壓系統(tǒng)和元件的設(shè)計(jì)、使用和試驗(yàn)都離不開液壓油的參數(shù)，因此，分析液壓油對(duì)液壓系統(tǒng)工作性能的影響十分必要。

一、液壓油的含氣量對(duì)液壓系統(tǒng)工作的影響

空氣可從油箱、管路連接處進(jìn)入液壓系統(tǒng)，或?qū)Ч軆?nèi)部固有空氣。液壓油總是含有一定量的空氣。空氣可溶解在液壓油中，也可以以氣泡的形式混合在液壓油中。對(duì)于礦物型液壓油，常溫時(shí)在一個(gè)大氣壓下約含有6%～12%的溶解空氣【1】。

溶解在油液的氣體在正常工作狀態(tài)下對(duì)液壓系統(tǒng)無(wú)明顯機(jī)械性能影響。只有當(dāng)某處壓力低于空氣分離壓力時(shí)，溶解于油中的空氣就會(huì)從油中分離出來(lái)形成氣泡，當(dāng)壓力降至油液飽和蒸汽壓力以下時(shí)，油液就會(huì)沸騰而產(chǎn)生大量氣泡，使原來(lái)充滿導(dǎo)管和元件容腔中油液成為不連續(xù)狀態(tài)，泵吸油口、吸油管路和節(jié)流口等都易形成氣穴，氣穴產(chǎn)生的氣泡運(yùn)動(dòng)到高壓區(qū)迅速破裂凝結(jié)成液體形成真空，周圍高壓油高速流過(guò)來(lái)補(bǔ)充，從而引起局部液壓沖擊，壓力和溫度都急劇升高并產(chǎn)生強(qiáng)烈噪音和振動(dòng)。在氣泡凝結(jié)區(qū)域的管壁及元件表面長(zhǎng)期受沖擊力和高溫作用以及從油液中游離出來(lái)空氣中氧氣酸化作用，使零件表面受到腐蝕而形成氣蝕。

懸浮狀態(tài)的氣泡與液壓油結(jié)成混合液，氣泡尺寸大小對(duì)油液體積彈性模數(shù)和粘度產(chǎn)生嚴(yán)重影響，氣泡量多尺寸大時(shí)，油液體積彈性模數(shù)急劇下降，壓力波傳遞速度減慢，惡化了油泵和系統(tǒng)工作條件。當(dāng)油泵吸入這種混合液，在油泵高速旋轉(zhuǎn)時(shí)造成液壓油不能充滿油腔，不僅造成泵供油量嚴(yán)重不足和效率降低，還會(huì)引起液壓沖擊、氣蝕損壞、管道壓力脈動(dòng)，并會(huì)因油液不連續(xù)流動(dòng)而產(chǎn)生噪音，使油泵性能變劣，壽命降低；同時(shí)，氣泡增大了液壓油彈性，使系統(tǒng)機(jī)構(gòu)剛度下降而導(dǎo)致附件動(dòng)作滯后，隨動(dòng)系統(tǒng)失去穩(wěn)定性，喪失抗自振能力，從而破壞從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。尤其在順序控制系統(tǒng)中會(huì)使順序失調(diào)，計(jì)時(shí)失常；氣泡還會(huì)在管道高處和狹窄處形成氣塞，當(dāng)壓力降到一定程度時(shí)系統(tǒng)將出現(xiàn)氣穴，嚴(yán)重甚至空化，使系統(tǒng)金屬表面剝蝕，出現(xiàn)強(qiáng)烈振動(dòng)和噪音；此外，氣泡被高壓絕對(duì)壓縮將產(chǎn)生高溫，促使金屬零件剝蝕和油液汽化，使液壓系統(tǒng)機(jī)械壽命顯著下降。

為降低液壓油含氣量對(duì)系統(tǒng)的影響，應(yīng)采用結(jié)構(gòu)參數(shù)和吸油管路合理的泵，在布置元件和系統(tǒng)管路時(shí)盡量避免油道狹窄或急劇轉(zhuǎn)彎以防止產(chǎn)生低壓區(qū)。另外，應(yīng)合理選擇元件材料以增加零件機(jī)械強(qiáng)度和表面質(zhì)量，提高抗腐蝕能力。

二、液壓油沖擊對(duì)液壓系統(tǒng)工作的影響

液壓系統(tǒng)工作過(guò)程中，管路中流動(dòng)的液壓油會(huì)因執(zhí)行部件換向或閥門關(guān)閉而突然停止運(yùn)動(dòng)。由于液流和運(yùn)動(dòng)部件慣性，系統(tǒng)內(nèi)會(huì)產(chǎn)生很大瞬時(shí)壓力峰值，形成液壓沖擊現(xiàn)象，引起系統(tǒng)振動(dòng)和噪音。壓力峰值可超過(guò)工作壓力幾倍甚至幾十倍，會(huì)使某些元件如壓力繼電器、順序閥等產(chǎn)生誤動(dòng)作影響系統(tǒng)正常工作，甚至可使某些元件、密封件和管路損壞。沖擊壓力峰值分析難度大，計(jì)算復(fù)雜，至今世界各國(guó)在這方面進(jìn)展甚微。

降低液壓沖擊的有效辦法是對(duì)執(zhí)行部件或閥門盡量減少突停運(yùn)動(dòng)，或采用帶有緩沖裝置的執(zhí)行部件和閥門。

三、液壓油污染對(duì)液壓系統(tǒng)工作的影響

國(guó)內(nèi)外的資料和經(jīng)驗(yàn)表明【2】，液壓設(shè)備故障中80%以上是液壓油污染造成的。液壓油污染主要有以下方面：①周圍環(huán)境中污染物通過(guò)一切可能的侵入點(diǎn)（如油缸活塞桿密封環(huán)、滑閥、油箱通氣孔等）進(jìn)入油液；②液壓元件內(nèi)部存在摩擦副，在載荷作用下做相對(duì)運(yùn)動(dòng)必然因摩擦磨損而產(chǎn)生很多磨屑。液壓油污染具有蔓延性、隨機(jī)性、隱蔽性和惡性循環(huán)特征，一處污染遍及全系統(tǒng)，是一個(gè)“污染一磨損一再污染一再磨損”的惡性循環(huán)。污染引起系統(tǒng)故障沒(méi)有征候和不可復(fù)現(xiàn)性，會(huì)使液壓系統(tǒng)故障增多、附件壽命縮短，給預(yù)防故障和排除故障帶來(lái)極大困難，增加維護(hù)工作量，加大了成本且降低系統(tǒng)綜合效能。

液壓油污染引起的故障主要有功能失效和性能劣化。功能失效又呈現(xiàn)不穩(wěn)定故障和嚴(yán)重?fù)p壞。不穩(wěn)定故障特征表現(xiàn)為暫時(shí)失誤（如壓力超調(diào)過(guò)量，響應(yīng)瞬時(shí)滯停），這通常是由于附件精密間隙處積累污染顆粒，致使摩擦增加或配合零件瞬時(shí)變形引起的嚴(yán)重?fù)p壞，往往是附件中移動(dòng)元件完全卡死、斷裂或油路堵死，易突發(fā)永久性故障；大量的故障是因污染引起的，造成附件呈現(xiàn)為性能劣化，即性能低于規(guī)定技術(shù)要求。性能劣化的過(guò)程和污染磨損程度直接相關(guān)，如滲漏逐漸加大、輸出流量和壓力轉(zhuǎn)速逐漸降低等，污染磨損是液壓附件壽命變短的主要原因。

控制液壓油污染最行之有效的方法是采用機(jī)械式過(guò)濾器或靜電凈化裝置。液壓油過(guò)濾器可控制尺寸較大的污染物；靜電凈化裝置可去除微小顆粒。選擇何種污染控制裝置，需根據(jù)污染程度的不同進(jìn)行選擇。若液壓元件較精密或動(dòng)態(tài)精度要求較高的液壓系統(tǒng)，建議兩種控污裝置均采用，以確保系統(tǒng)工作安全可靠。

四、結(jié)束語(yǔ)

液壓油對(duì)液壓系統(tǒng)工作影響的形式多樣、錯(cuò)綜復(fù)雜，既不可消除也不能低估。在液壓系統(tǒng)和元件設(shè)計(jì)時(shí)要選用與系統(tǒng)和元件匹配的液壓油，同時(shí)還須認(rèn)真研究所選用液壓油的特性、使用范圍等，確保液壓油能在較理想的外界環(huán)境下工作，并對(duì)其可能產(chǎn)生的影響采取有效措施進(jìn)行控制，以使液壓系統(tǒng)安全可靠。

參考文獻(xiàn)：

[1]姜佩東.液壓與氣動(dòng)技術(shù)[M].北京：高等教育出版社。2005.

[2]顏榮慶.現(xiàn)代工程機(jī)械液壓與液力系統(tǒng)[M].北京：人民交通出版社，2003.