液壓系統工作影響因素分析

余正根++李春旭

【摘要】液壓油品質的好壞對液壓系統的工作性能會產生直接影響。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對液壓系統工作性能的影響，并提出了相應改進措施。

【關鍵詞】液壓油；液壓系統；工作性能；影響因素

液壓油是液壓系統傳遞能量的工作介質，是液壓系統的重要組成部分。液壓油質量的優劣直接影響液壓系統的工作性能。同時，液壓系統和元件的設計、使用和試驗都離不開液壓油的參數，因此，分析液壓油對液壓系統工作性能的影響十分必要。

一、液壓油的含氣量對液壓系統工作的影響

空氣可從油箱、管路連接處進入液壓系統，或導管內部固有空氣。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。對于礦物型液壓油，常溫時在一個大氣壓下約含有6%～12%的溶解空氣【1】。

溶解在油液的氣體在正常工作狀態下對液壓系統無明顯機械性能影響。只有當某處壓力低于空氣分離壓力時，溶解于油中的空氣就會從油中分離出來形成氣泡，當壓力降至油液飽和蒸汽壓力以下時，油液就會沸騰而產生大量氣泡，使原來充滿導管和元件容腔中油液成為不連續狀態，泵吸油口、吸油管路和節流口等都易形成氣穴，氣穴產生的氣泡運動到高壓區迅速破裂凝結成液體形成真空，周圍高壓油高速流過來補充，從而引起局部液壓沖擊，壓力和溫度都急劇升高并產生強烈噪音和振動。在氣泡凝結區域的管壁及元件表面長期受沖擊力和高溫作用以及從油液中游離出來空氣中氧氣酸化作用，使零件表面受到腐蝕而形成氣蝕。

懸浮狀態的氣泡與液壓油結成混合液，氣泡尺寸大小對油液體積彈性模數和粘度產生嚴重影響，氣泡量多尺寸大時，油液體積彈性模數急劇下降，壓力波傳遞速度減慢，惡化了油泵和系統工作條件。當油泵吸入這種混合液，在油泵高速旋轉時造成液壓油不能充滿油腔，不僅造成泵供油量嚴重不足和效率降低，還會引起液壓沖擊、氣蝕損壞、管道壓力脈動，并會因油液不連續流動而產生噪音，使油泵性能變劣，壽命降低；同時，氣泡增大了液壓油彈性，使系統機構剛度下降而導致附件動作滯后，隨動系統失去穩定性，喪失抗自振能力，從而破壞從動件運動平穩。尤其在順序控制系統中會使順序失調，計時失常；氣泡還會在管道高處和狹窄處形成氣塞，當壓力降到一定程度時系統將出現氣穴，嚴重甚至空化，使系統金屬表面剝蝕，出現強烈振動和噪音；此外，氣泡被高壓絕對壓縮將產生高溫，促使金屬零件剝蝕和油液汽化，使液壓系統機械壽命顯著下降。

為降低液壓油含氣量對系統的影響，應采用結構參數和吸油管路合理的泵，在布置元件和系統管路時盡量避免油道狹窄或急劇轉彎以防止產生低壓區。另外，應合理選擇元件材料以增加零件機械強度和表面質量，提高抗腐蝕能力。

二、液壓油沖擊對液壓系統工作的影響

液壓系統工作過程中，管路中流動的液壓油會因執行部件換向或閥門關閉而突然停止運動。由于液流和運動部件慣性，系統內會產生很大瞬時壓力峰值，形成液壓沖擊現象，引起系統振動和噪音。壓力峰值可超過工作壓力幾倍甚至幾十倍，會使某些元件如壓力繼電器、順序閥等產生誤動作影響系統正常工作，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，計算復雜，至今世界各國在這方面進展甚微。

降低液壓沖擊的有效辦法是對執行部件或閥門盡量減少突停運動，或采用帶有緩沖裝置的執行部件和閥門。

三、液壓油污染對液壓系統工作的影響

國內外的資料和經驗表明【2】，液壓設備故障中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周圍環境中污染物通過一切可能的侵入點（如油缸活塞桿密封環、滑閥、油箱通氣孔等）進入油液；②液壓元件內部存在摩擦副，在載荷作用下做相對運動必然因摩擦磨損而產生很多磨屑。液壓油污染具有蔓延性、隨機性、隱蔽性和惡性循環特征，一處污染遍及全系統，是一個“污染一磨損一再污染一再磨損”的惡性循環。污染引起系統故障沒有征候和不可復現性，會使液壓系統故障增多、附件壽命縮短，給預防故障和排除故障帶來極大困難，增加維護工作量，加大了成本且降低系統綜合效能。

液壓油污染引起的故障主要有功能失效和性能劣化。功能失效又呈現不穩定故障和嚴重損壞。不穩定故障特征表現為暫時失誤（如壓力超調過量，響應瞬時滯停），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變形引起的嚴重損壞，往往是附件中移動元件完全卡死、斷裂或油路堵死，易突發永久性故障；大量的故障是因污染引起的，造成附件呈現為性能劣化，即性能低于規定技術要求。性能劣化的過程和污染磨損程度直接相關，如滲漏逐漸加大、輸出流量和壓力轉速逐漸降低等，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械式過濾器或靜電凈化裝置。液壓油過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，需根據污染程度的不同進行選擇。若液壓元件較精密或動態精度要求較高的液壓系統，建議兩種控污裝置均采用，以確保系統工作安全可靠。

四、結束語

液壓油對液壓系統工作影響的形式多樣、錯綜復雜，既不可消除也不能低估。在液壓系統和元件設計時要選用與系統和元件匹配的液壓油，同時還須認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境下工作，并對其可能產生的影響采取有效措施進行控制，以使液壓系統安全可靠。

參考文獻：

[1]姜佩東.液壓與氣動技術[M].北京：高等教育出版社。2005.

[2]顏榮慶.現代工程機械液壓與液力系統[M].北京：人民交通出版社，2003.