電液伺服系統(tǒng)油液中氣泡的危害和預(yù)防措施

電液伺服系統(tǒng)中要求液壓油的清潔度達(dá)到NAS3～8級，但對油液中空氣含量一直沒有具體要求。在很多重要領(lǐng)域，液壓油中氣體含量增加可導(dǎo)致整機(jī)的工作異常。在此介紹電液伺服系統(tǒng)油液中氣泡的危害和設(shè)計(jì)中的預(yù)防措施。

1．氣泡的危害

由于電液伺服系統(tǒng)在大氣壓環(huán)境下工作，因此系統(tǒng)油液中摻人空氣是不可避免的。油液中摻人空氣的方式有兩種：一種是摻混空氣；另一種是溶解空氣。摻混空氣主要是空氣通過油箱和泵的吸人管摻混油內(nèi)，以球狀氣泡懸浮于油液中，這時(shí)的油液成了氣泡油。溶解空氣則是空氣已溶解于油液中。在一定溫度下，氣體在油液中的溶解度與油液的壓力成正比，即壓力越高，溶解于油液中的氣體含量越高。這些空氣隨油液流動，一旦流到某處壓力下降到低于油液的空氣分離壓時(shí)，油液中的溶解空氣就將分離析出，形成大量氣泡，這種現(xiàn)象稱氣穴。

當(dāng)電液伺服系統(tǒng)的油液含有氣泡時(shí)，流動著的油液就變成氣液兩相流。其體積彈性模量和系統(tǒng)固有頻率驟減，系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)大大降低，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的控制精度。如油液中混入1%的空氣，則油液的體積彈性模量降低到無空氣液壓油的35.6%，系統(tǒng)固有頻率降低到無空氣液壓油的59.7%。此時(shí)電液伺服系統(tǒng)可能出現(xiàn)剛性下降，反應(yīng)遲鈍的現(xiàn)象。除此之外，油液中的氣泡還將給電液伺服系統(tǒng)帶來如下的危害。

(1)液壓元件因氣蝕而損壞。氣穴現(xiàn)象產(chǎn)生的氣泡在元件金屬邊壁附近潰滅時(shí)，周圍油液以很快的速度流向潰滅中心，會對金屬邊壁產(chǎn)生較大的局部沖擊力，瞬間壓力可高達(dá)數(shù)百甚至數(shù)千兆帕。大量氣泡潰滅時(shí)使金屬邊壁反復(fù)受到劇烈沖擊而引起疲勞破壞，使元件表面產(chǎn)生麻蝕和剝離脫落。

(2)產(chǎn)生噪聲、振動和沖擊。當(dāng)攜帶氣泡的油液流到壓力較高處，氣泡瞬時(shí)被壓破而產(chǎn)生噪聲。同時(shí)大量氣泡潰滅會引起較大的壓力波動，使系統(tǒng)產(chǎn)生振動、沖擊。

  (3)油質(zhì)劣化。油液中含有空氣時(shí)油液的壓縮性增大。在壓縮油液過程中消耗能量，并且使油液局部溫度升高，油液和各種添加劑受到破壞，產(chǎn)生游離碳、酸質(zhì)和膠泥狀沉淀物，加快了油質(zhì)的劣化，并可能對金屬產(chǎn)生化學(xué)腐蝕作用。

2．氣穴產(chǎn)生的部位

從設(shè)計(jì)開始預(yù)防，抓好安裝質(zhì)量，完全可以避免氣穴的產(chǎn)生。為在電液伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)中防止空氣的摻入，必須掌握空氣摻人的條件及容易發(fā)生的部位。

(1)泵的吸油口。當(dāng)吸油管內(nèi)的阻力過大，液壓泵入口處的壓力降至空氣分離壓以下時(shí)就會發(fā)生氣穴。應(yīng)避免進(jìn)油口壓力損失過大液壓泵轉(zhuǎn)速過高或吸油管過細(xì)。

(2)液壓執(zhí)行器。在電液伺服閥控液壓缸或電液伺服閥控馬達(dá)系統(tǒng)中，負(fù)載對于電液伺服閥的響應(yīng)會因慣性產(chǎn)生相位滯后，尤其在高頻時(shí)更明顯，使得由閥口進(jìn)入液壓缸或馬達(dá)的油液不夠填滿活塞或柱塞運(yùn)動后所空出的容積，出現(xiàn)低壓區(qū)而產(chǎn)生氣穴。

(3)控制閥等的節(jié)流口附近。當(dāng)油液經(jīng)節(jié)流孔或閥口（如電液伺服閥）時(shí)易形成高速射流，其絕對壓力下降而產(chǎn)生氣穴。據(jù)資料報(bào)道，一個(gè)具有薄壁小孔的節(jié)流裝置，小孔前后的壓力比大于3.5時(shí)，就會發(fā)生氣穴。

3．預(yù)防措施

(1)合理設(shè)計(jì)油箱。設(shè)計(jì)油箱及選擇油箱附件時(shí)應(yīng)考慮以下問題：①確定油箱的容積和計(jì)算設(shè)備用油量時(shí)，應(yīng)保證在最低油面時(shí)有足夠的油量，使液壓泵吸油管口不致露出油面而吸入空氣；②泵的吸油口與回油口的距離應(yīng)盡可能遠(yuǎn)，管口應(yīng)插在最低液面以下，以免發(fā)生吸油和回油的沖濺而產(chǎn)生氣泡；③油箱中應(yīng)設(shè)置隔板，將吸油和回油管分開，使液流繞行，以便氣泡從油液中分離；④空氣濾清器的通氣流量應(yīng)大于同時(shí)工作的分支液壓泵總流量，以防止油箱內(nèi)形成真空而析出氣泡；⑤系統(tǒng)的回油管或回油過濾器宜帶擴(kuò)散器裝置，防止回油沖濺產(chǎn)生氣泡。

(2)合理選擇液壓油。①油的黏度不宜過高：一般根據(jù)液壓泵的要求及系統(tǒng)壓力、環(huán)境溫度等因素來確定油的黏度，處在寒冷環(huán)境中的液壓設(shè)備，采用低溫（稠化）液壓油，必要時(shí)，可考慮安裝電加熱裝置；②選用抗泡沫性好的油品。

(3)合理設(shè)計(jì)和布置管路。①油管應(yīng)盡量短，其直徑足夠大，泵的吸油高度應(yīng)不超過規(guī)定值；②管路的直徑應(yīng)根據(jù)管內(nèi)流速的推薦值來確定，彎頭及彎管應(yīng)盡量少；③管路的最高位置有排氣裝置；④各泄漏油管不應(yīng)與回油管連在一起，應(yīng)單獨(dú)回油井插在油箱最低液面以下。

(4)合理設(shè)計(jì)液壓回路。①為防止電液伺服閥口附近產(chǎn)生氣穴，盡量使閥滿足前后壓差比小于3.5，特殊情況，可考慮采用消除或降低可能產(chǎn)生氣穴的結(jié)構(gòu)；②對垂直或傾斜安裝、靠自重下行的液壓缸，設(shè)計(jì)下行回路時(shí)宜考慮對上腔適當(dāng)加壓，以保證上腔充滿油液。

  (5)注意電液伺服系統(tǒng)的日常維護(hù)。為防止氣泡的產(chǎn)生，應(yīng)注意如下問題：

①經(jīng)常檢查吸油口的狀況，必要時(shí)清洗或更換吸油過濾器；②檢查各吸油管部分接頭、焊縫的密封；③檢查油箱液位；④定期對液壓缸及相關(guān)管路進(jìn)行排氣；⑤如條件許可，可配備除氣裝置。