高沖擊大流量液壓系統(tǒng)回油消泡方法研究

張德勝 王勇剛 趙志明

摘 ?要：眾所周知，液壓油中含有過量氣泡，將對整個液壓系統(tǒng)的可靠性和元件壽命造成極大危害。因此，分析研究工程機械有效可行的液壓油消泡方法，對提高產(chǎn)品的可靠性和壽命具有現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：液壓油箱;消泡;回油;沖擊

1.氣泡在液壓系統(tǒng)中的主要危害

根據(jù)國內(nèi)外多年的研究，目前總結(jié)到液壓油中氣泡的危害主要有以下四個方面：

1）氣泡從低壓區(qū)進入高壓區(qū)后，體積被急劇壓縮，這一過程會釋放熱量，在氣泡周圍產(chǎn)生局部高溫，因為氣泡中有氧氣，會大大加速油液氧化變質(zhì)。

2）氣泡被壓縮到一定程度后會被壓潰，發(fā)生爆炸。這些微小爆炸看似微不足道，但是數(shù)量眾多的這種微爆炸，就會顯現(xiàn)出不小破壞力。在這些微爆炸的反復“轟炸”下，可在泵、閥、油缸等液壓元件的精密配合面引起細微的材料剝落，經(jīng)過時間積累，就可引起元件配合面嚴重損傷，最后導致元件失效，這就是氣蝕。

3）氣泡在油缸內(nèi)被絕熱壓縮后爆炸燒傷密封件。

4）氣泡的壓縮、膨脹和破裂會引起液壓系統(tǒng)產(chǎn)生額外振動和噪音。

2.氣泡形成機理

液壓油中的氣泡主要在回油進入油箱以后且被油泵重新吸入之前的過程中產(chǎn)生。因此，要考慮消泡的方法，就要在氣泡形成過程中進行干預和抑制。

有些工程機械產(chǎn)品的液壓系統(tǒng)壓力低、流量小，回油沖擊就很低，對油箱內(nèi)液壓油的攪動就很小，油箱內(nèi)液壓油不容易產(chǎn)生氣泡。而有些工程機械產(chǎn)品的開式液壓系統(tǒng)中，流量較大、換向頻率高（如混凝土泵車），導致回油壓力沖擊大，極易在油箱內(nèi)部產(chǎn)生劇烈攪動，與空氣接觸的液壓油吸入空氣后來不及將及時釋放，使液壓油箱內(nèi)部的液壓油產(chǎn)生大量氣泡。

3.回油消泡方法

本文根據(jù)設計開發(fā)實際經(jīng)驗，分析總結(jié)了幾點高沖擊大流量液壓系統(tǒng)回油消泡方法。

3.1在油箱內(nèi)部回油濾芯之前加裝回油擋板。

采用開式液壓系統(tǒng)的泵車，驅(qū)動工作裝置的液壓系統(tǒng)流量達到800L/min，工作壓力超過20MPa，且控制閥換向頻率達到25次/min。因為系統(tǒng)流量大，換向頻率高，導致控制閥回油沖擊較大。為了降低回油進入油箱內(nèi)部后對油箱內(nèi)部液壓油的攪動，同時避免回油直接沖擊回油濾芯。就需要在油箱回油口與回油濾芯之間設置一面擋板。此回油擋板可以耗散一部分回油沖擊能量，進而可以降低對油箱內(nèi)部油液的攪動，減少氣泡的產(chǎn)生。

因為回油沖擊是反復循環(huán)沖擊，回油擋板的固定方式要盡量避免采用螺釘裝配式結(jié)構(gòu)，而要采用牢固的一體式結(jié)構(gòu)。根據(jù)實際經(jīng)驗，回油擋板在回油沖擊的反復作用下容易發(fā)生脫落，進而撞擊回油濾芯，回油濾芯會被沖破，進而將污染這個液壓系統(tǒng)，對整個液壓系統(tǒng)造成極大破壞。

3.2在油箱內(nèi)部回油管末端設計擴散器。

為了降低回油沖擊對油箱內(nèi)部液壓油的攪動，可以在油箱回油口內(nèi)側(cè)設置回油鋼管，將回油鋼管插入液面以下，同時在回油鋼管末端設置一蜂窩狀擴散器。擴散器的工作原理是：將回油管原來的單向集中出口變?yōu)橄蛩拿姘朔降暮芏鄠€小出口，同時是回油在擴散器內(nèi)形成更強的紊流，將回油流量中蘊含能量的大部分耗散掉，再從擴散器的多個小孔從四面八方流出。經(jīng)過流體仿真對比分析，結(jié)構(gòu)合理的回油擴散器，可以耗散掉回油中50%以上的沖擊能量，極大降低油箱內(nèi)部油液攪動量，進而大大降低油箱內(nèi)部油液中形成氣泡。有擴散器和無擴散器的條件下，油箱內(nèi)部液壓油攪動量仿真結(jié)果如圖1和圖2所示。

3.3采用內(nèi)進外出式消泡回油過濾器。

工程機械目前普遍采用的是四周進油、中間出油的外進內(nèi)出式回油過濾器。為了降低回油進入油箱后氣泡的形成，目前一些主流的過濾器廠家都在積極開發(fā)和推廣內(nèi)進外出式的消泡回油濾，以唐納森、賀德克、亞瑪信為代表的廠家均在研究消泡濾芯技術(shù)。

如圖3所示，，唐納森的消泡回油濾濾采用內(nèi)外兩層濾芯，將回油通往內(nèi)層濾芯中部，將泄油通往內(nèi)層濾芯與外層濾芯中間夾層，然后一起向外部四周擴散出油，液壓油中內(nèi)含的氣泡在過濾器外層的特殊

3.4在油箱內(nèi)部回油區(qū)和吸油區(qū)之間設置隔板。

在油箱內(nèi)部回油區(qū)與吸油區(qū)之間設置隔板，可延長從回油口流入油箱的液壓油在油箱內(nèi)的流通路徑，從而延長回油在油箱內(nèi)的循環(huán)時間，這樣油箱內(nèi)的油液在被油泵吸入之前，就有更多的時間釋放氣泡。

4.試驗驗證

5.結(jié)語

大流量高沖擊的液壓系統(tǒng)，回油進入油箱之后是氣泡產(chǎn)生的主要環(huán)節(jié)，要減少和消除液壓油氣泡主就要在這個環(huán)節(jié)想辦法。本文提出的幾條消除回油氣泡的方法，皆是經(jīng)過工程實踐的驗證且行之有效，希望能為更多的液壓油箱工程設計人員提供參考。

參考文獻：

[1]何文廣. 氣泡對液壓系統(tǒng)危害的研究[J]. 黑龍江工程學院學報，2006，20（ 01） ： 58 -59，76.

[2]李流遠. 油液含氣量對液壓系統(tǒng)的影響[J]. 液壓與氣動， 2001，（ 2） ： 27 - 28.

[3]李偉，趙智姝，武書閣，魏東. 油液中混入氣泡對液壓系統(tǒng) 性能的影響分析[J. 機床與液壓2019，47 （ 03 ） ： 177 - 179.

[4]尹利軍. 車輛液壓系統(tǒng)中氣泡的危害及預防措施[J]. 汽車博覽，2020，（ 05） ： 93.

[5]王素燕，楊勝清，武宗才，張 賀，李森林.液壓油箱消泡對熱平衡溫度的影響研究[J].液壓氣動與密封，2021，（ 2）：18 - 20.

作者簡介： 張德勝（ 1981-） ，男，湖南長沙人，工程師，碩士，主要從事泵車液壓系統(tǒng)設計和開發(fā)。