液壓沖擊與空穴現(xiàn)象
在液壓系統(tǒng)中,由于某種原因引起液體壓力在某一瞬間突然急劇上升,而形成很高的壓力峰值,這種現(xiàn)象稱為液壓沖擊。
1.產(chǎn)生液壓沖擊的原因
(1)閥門突然關(guān)閉引起液壓沖擊 如又圖所示有一較大容腔(如液壓缸、蓄能器等)和在另一端裝有閥門K的管道相通。閥門開啟時,管內(nèi)液體流動。當閥門突然關(guān)閉時,從閥門處開始 迅速將液體動能逐層轉(zhuǎn)化為壓力能,相應產(chǎn)生一從閥門向容腔推進的高壓沖擊波;此后又從容腔 開始將液體壓力能逐層轉(zhuǎn)化為動能,液體反向流動;然后,再次將液體動能轉(zhuǎn)化為壓力能而形成一高壓沖擊波.如此反復地進行能量轉(zhuǎn)化,在管道內(nèi)形成壓力震蕩。由于液體內(nèi)摩擦力和管道彈性變形等的影響,振蕩過程會逐漸衰減而趨于穩(wěn)定。
(2)運動部件突然制動或換向時引起液壓沖擊 換向閥突然關(guān)閉液壓的回油通道而使運動部件制動時,這一瞬間運動部件的動能會轉(zhuǎn)化為封閉油液的壓力能,壓力急劇上升,出現(xiàn)液壓沖擊。
(3)某些液壓元件動作失靈或不靈敏產(chǎn)生的液壓沖擊 當溢流悶存系統(tǒng)中作安全閥使用時,如果系統(tǒng)過載安全閥不能及時打開或根本打不開.也會導致系統(tǒng)管道壓力急劇升高,產(chǎn)生液壓沖擊。
2.液壓沖擊的危害
①巨大的瞬時壓力峰值使液壓元件,尤其是液壓密封件遭受破壞。
②系統(tǒng)產(chǎn)生強烈震動及噪聲,并使油溫升高。
③使壓力控制元件(如壓力繼電器、順序閥等)產(chǎn)生誤動作,造成設備故障及事故。
3.減小液壓沖擊的措施
(1)延長閥門關(guān)閉和運動部件換向制動時間 當閥門關(guān)閉和運動部件換向制動時間大于0.3s時,液壓沖擊就大大減小。為控制液壓沖擊可采用換向時間可調(diào)的換向閥。如采用帶逐尼的電液換向閥可通過調(diào)節(jié)阻尼以及控制通過先導閥的壓力和流量來減緩主換向閥閥芯的換向(關(guān)閉)速度,液動換向閥也與此類似。
(2)限制管道內(nèi)液體的流速和運動部件速度 機床液壓系統(tǒng),常常將管道內(nèi)液體的流速限制在5.Om/s以下,運動部件速度一般小于lOm/min等。
(3)適當加大管道內(nèi)徑或采用橡膠軟管 可減小壓力沖擊波在管道中的傳播速度,同時加大管道內(nèi)徑也可降低液體的流速,相應瞬時壓力峰值也會減小。
(4)在液壓沖擊源附近設置蓄能器 使壓力沖擊波往復一次的時問短于閥門關(guān)閉時間,而減小液壓沖擊。
二、空穴現(xiàn)象
在液壓系統(tǒng)中,如果某處壓力低于油液工作溫度下的空氣分離壓時,油液中的空氣就會分離出來而形成大量氣泡;當壓力進一步降低到油液工作溫度下的飽和蒸汽壓力時,油液會迅速汽化而產(chǎn)生大量氣泡。這些氣泡混雜在油液中,產(chǎn)生空穴,使原來充滿管道或液壓元件中的油液成為不連續(xù)狀態(tài),.這種現(xiàn)象一般稱為空穴現(xiàn)象。
空穴現(xiàn)象一般發(fā)生在閥口和液壓泵的進油口處。油液流過閥口的狹窄通道時,液流速度增大,壓力大幅度下降,就可能出現(xiàn)空穴現(xiàn)象。液壓泵的安裝高度過高,吸油管道內(nèi)徑過小,吸油阻力太大,或液壓泵轉(zhuǎn)速過高,吸油不充足等,均可能產(chǎn)生空穴現(xiàn)象。
液壓系統(tǒng)中出現(xiàn)空穴現(xiàn)象后,氣泡隨油液流到高壓區(qū)時,在高壓作用下氣泡會迅速破裂,周圍液體質(zhì)點以高速來填補這一空穴,液體質(zhì)點間高速碰撞而形成局部液壓沖擊,使局部的壓力和溫度均急劇升高,產(chǎn)生強烈的振動和噪聲。
在氣泡凝聚處附近的管壁和元件表面,因長期承受液壓沖擊及高溫作用,以及油液中逸出氣體的較強腐蝕作用,使管壁和元件表面金屬顆粒被剝落,這種因空穴現(xiàn)象而產(chǎn)生的表面腐蝕稱為汽蝕。
為了防止產(chǎn)生空穴現(xiàn)象和汽蝕,一般可采取下列措施。
①減小流經(jīng)小孔和間隙處的壓力降,一般希望小孔和間隙前后的壓力比p1/p2<3. 50
②正確確定液壓泵吸油管內(nèi)徑,對管內(nèi)液體的流速加以限制,降低液壓泵的吸油高度,盡量減小吸油管路中的壓力損失,管接頭良好密封,對于高壓泵可采用輔助泵供油。
③整個系統(tǒng)管路應盡可能直,避免急彎和局部窄縫等。
④提高元件抗汽蝕能力。