液壓系統(tǒng)用自動放氣閥的研究 |最新資料

論文摘要：系統(tǒng)地分析了液壓系統(tǒng)中油液混入氣體的途徑及危害，設(shè)計了一種自動放氣閥，優(yōu)化了液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
1　液壓系統(tǒng)中氣體的危害
作為液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)的油液不僅傳遞動力，而且對系統(tǒng)或其他裝置起著潤滑和冷卻的作用，對工作油液中含有氣體的危害這里作一簡述。
系統(tǒng)運行時由于氣體的存在，油液流動呈紊流狀態(tài)，不利于散熱且增加了壓力損失，加速了油液的溫升和氧化、縮短了油液的使用周期；影響了系統(tǒng)的剛性和響應(yīng)特性，使系統(tǒng)壓力產(chǎn)生脈動，元件、管路等連接松動，執(zhí)行器輸出達不到額定值并產(chǎn)生爬行、顫動，甚至產(chǎn)生誤動作；系統(tǒng)工作壓力變化時，由于氣泡急劇縮小和放大，即產(chǎn)生氣穴與氣蝕現(xiàn)象，使系統(tǒng)產(chǎn)生噪聲甚至遭到破壞，油氣混合到一定程度，使油箱噴油的可能增大。
應(yīng)當(dāng)特別引起注意的是對于帶載起動的恒壓系統(tǒng)，空氣的存在對其威脅更大。系統(tǒng)停止工作后油液中含有的氣體在常壓下全部釋放出來，聚集在管路的高處，再次起動時泵出口上的管路內(nèi)存有的及泵排出的氣體受壓縮，再竄回吸油側(cè)，造成液壓泵干摩擦或處于臨界潤滑狀態(tài)運行并產(chǎn)生吸空，給起動帶來困難，降低容積效率，嚴(yán)重的甚至?xí)挂簤罕脽龤?。油氣混合亦會造成?zhí)行器的干摩擦損傷，如果同時有其他裝置(如傳動裝置)需要液壓系統(tǒng)的油液進行潤滑，由于油液中氣體的存在，起動時此裝置不僅得不到及時潤滑，而且此時傳遞的壓縮空氣還要破壞原有的油膜，有產(chǎn)生研燒報廢的危險。因此一些液壓泵生產(chǎn)廠家對泵的起動特別提出要求：為排除滯留的空氣，起動時必須松開泵出口的接頭或螺堵讓空氣逸出。

2　氣體混入液壓系統(tǒng)的途徑
2.1　人為因素
系統(tǒng)加注的油液沒有經(jīng)過很好的沉淀、過濾，致使帶入過量的空氣；系統(tǒng)調(diào)試初起動及每次使用前空載運行時沒有很好的放氣，致使原來管路、執(zhí)行器容腔的空氣滯留在系統(tǒng)中；管路，特別是吸油管路漏氣，致使外界空氣竄入系統(tǒng)。

2.2　系統(tǒng)因素
實驗表明，常態(tài)下礦物油中空氣的溶解量可達6%～12%。常用的液壓油中空氣的溶解量一般為9%左右，這就是說正常情況下系統(tǒng)中的油液是混有一定氣體的。
根據(jù)亨利定律，氣體在油液中的可溶性與絕對壓力成正比，系統(tǒng)運行時油液經(jīng)閥、過濾器等元件產(chǎn)生較大壓降，使空氣析出，以微小氣泡狀懸浮在油液中。
系統(tǒng)回油(有的經(jīng)過濾器)在油箱里產(chǎn)生浪花、泡沫，同時不可避免地攪動油箱內(nèi)的油液，亦使空氣混入，這些油液中的氣體又被吸入系統(tǒng)循環(huán)，致使油液含氣量不斷增加。
對于油箱低置系統(tǒng)，因無吸油單向閥(工程機械液壓系統(tǒng)中常見)，系統(tǒng)停止工作后氣體從吸油管涌入，上升到液壓泵入口，如果液壓泵靜密封性能不好，氣體還要經(jīng)過泵上升至壓油管路。

3　傳統(tǒng)的放氣方法
從氣體混入的途徑看，人為因素造成的較容易排除，只要提高裝配質(zhì)量，加強系統(tǒng)調(diào)試并注意每次起動后要空載運行一段時間便可；由于系統(tǒng)原因造成的則要經(jīng)常性地進行放氣。傳統(tǒng)的放氣方法是起動時在液壓泵出口及最高處松開螺堵進行放氣，因不能實現(xiàn)自動化，這給系統(tǒng)的使用帶來很大的不便，往往使用者做不到及時放氣。本文提出一種自動放氣的方法，效果良好。

4　自動放氣閥的工作原理
泵起動時，壓油腔的氣體從閥芯2的下端進入，通過閥芯2下部的橫孔、閥芯2與閥體4的環(huán)形空間及形成的開口，再經(jīng)過閥芯2上的節(jié)流孔d來到彈簧腔，進入油箱。
由于節(jié)流孔d的作用，氣體通過組件時在閥芯下端產(chǎn)生氣壓，當(dāng)通過的氣體流量較小時，氣壓對閥芯2的面積A形成的作用力小于彈簧的預(yù)壓力KX0，此時閥芯2仍保持在原來的位置不動。
當(dāng)通過的氣體流量較大，此時氣體在閥芯下端產(chǎn)生的氣壓對閥芯2形成的作用力大于彈簧的預(yù)壓力KX0即達到閥的起動壓力pm(相對壓力)時，閥芯2便向上移動，逐漸關(guān)閉閥芯2與閥體4形成的開口，此開口最終起節(jié)流作用使壓力再次升高，閥芯2迅速上移，直到關(guān)閉開口。
通過的氣體流量不大，產(chǎn)生的氣壓達不到閥的起動壓力時，閥芯2不動，這樣當(dāng)氣體放完后，液壓泵正常工作，液體通過節(jié)流孔d產(chǎn)生背壓，此壓力的作用同氣體產(chǎn)生的壓力作用一樣，當(dāng)油壓達到起動壓力pm后，閥芯2快速上移，壓力繼續(xù)上升至關(guān)閉壓力pc時，閥芯向上移動了X，最終關(guān)閉閥芯2與閥體4形成的開口，實現(xiàn)錐口無泄漏密封。

從上述的過程可以發(fā)現(xiàn)：閥芯2上的小孔d為控制節(jié)流孔，控制著關(guān)閉壓力和流量。
用壓力流量公式描述上述過程：
起動壓力pm＝KX0／A
關(guān)閉壓力pC＝K（X0＋X)／A
式中　K——彈簧剛度
X0——彈簧預(yù)壓縮量
X——閥芯開口量。
使閥芯動作的氣體流量，可按氣體通過節(jié)流孔d為聲速狀態(tài)計算：
Qg＝113CVπd2／4(pm＋0.1)(273／T)1／2
式中　pm＋0.1——pm的絕對壓力值
使閥芯關(guān)閉的液體流量，可按液體通過的節(jié)流孔為薄壁小孔計算：
Q1＝Cqπd2／4(2pc／ρ)1／2
式中　CV——氣體截面收縮系數(shù)，一般取0.6
d——控制節(jié)流孔直徑
T——氣體的絕對溫度
Cq——油液的流量系數(shù)，一般取0.7
ρ——油液的密度
一般來講，X／X0>>1，這樣pm≈pC。
參數(shù)的設(shè)置：首先，根據(jù)系統(tǒng)最低壓力和最大流量確定閥的關(guān)閉壓力及需要放氣的流量，然后計算d值和Q1值。例如關(guān)閉壓力為0.1Mpa，閥芯動作放氣量為200L／min時，節(jié)流小孔d＝2mm，關(guān)閉的液體流量Q1＝1L／min。這種參數(shù)的自動放氣閥可用于最小流量大于1L／min，最大流量小于200L／min，最低壓力高于0.1Mpa的系統(tǒng)。

5　試　驗
5.1　氣體通過性能試驗
把組件與壓縮空氣相連，氣壓低于0.1Mpa時，氣體通過組件排放，進口壓力達0.1Mpa時，閥芯關(guān)閉。
5.2　裝入系統(tǒng)切斷試驗
把組件安裝到液壓泵出口，低速起動時有大量氣體放出，隨后有少量油液溢出，最終關(guān)閉且無滲油。

6　實踐分析
①自動放氣閥理想的安裝位置是泵出口壓油管路的最高端，把聚集的空氣迅速放回油箱，有利于快速吸油，避免干摩擦，起到對泵保護的效果，同時給其他需潤滑的裝置迅速供油潤滑。
②放氣閥的出口接回油箱，補充氣體，降低泵吸油負(fù)壓，實現(xiàn)泵吸油的良性循環(huán)。