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工程机械液压阀的气蚀及对策

时间:2016-10-11 10:54 来源:本站 打印本文

1.简介


液压阀是工程机械液压系统中使用最多的元件,它的作用是控制液压系统中液压油的压力、流量与流动方向,从而满足执行元件所需的力(或力矩)、速度与方向的要求,使整个液压系统能按要求协调工作。在工程实践中,液压系统常常会出现一些故障:如单向阀不起单向控制作用、液压系统压力波动大、系统产生噪声等,而检修时常常会发现液压阀的阀孔内表面或阀芯外表面有材料剥落而形成的小麻点和蜂窝状小孔,即所谓的液压阀气蚀现象,这种现象对液压系统的稳定性、可靠性和精度会产生极大的影响。研究液压阀气蚀的产生原因,对气蚀失效的检测和预防及液压系统工作的可靠性和稳定性意义重大。


2.液压阀气蚀的形成分析


在液压系统中,虽然各类液压阀的作用不同,但其本质是相同的,都是通过改变阀孔的大小,使其过流面积和压力差发生变化来实现对液流控制的。由于液压阀进出口存在着压力差,只要压力低于工作温度下溶于油液中空气分离的临界压力,就会产生气蚀现象。


工程机械在使用的过程中,为了调控油液的压力、流量或流向以满足液压系统执行元件动作的需要,液压阀要频繁地动作。当液压系统因液压阀的动作使得液压油流速发生变化而引起压力下降,某一局部油液的压力低于工作温度下溶于油液中空气分离的临界压力时,液压油中原来溶解的空气就会大量分离出来形成气泡。当压力降至油液的饱和蒸汽压力以下时,油液就会沸腾而产生大量气泡。这些气泡混杂在工作油液中使原来充满液压阀的油液成为不连续状态,形成气穴。当阀芯再次冲击液压油时,这些气泡随着油液运动到油压急剧升高的地方,已形成的气泡便因冲击和压缩而突然爆破。处于气泡状态的气体重新液化或溶于液压油中,体积骤然减小,液压油向气泡中心高速运动而产生冲击现象,产生极大的冲击力和高温,并以压力渡的形式迅速向四周传播,对阀芯外表面和阀孔内表面产生很大的冲击、挤压。这一过程反复进行使得阀芯外表面和阀孔内表面材料疲劳,表面保护膜被破坏,材料粒子逐渐从其表面脱落,从而使阀芯外表面和阀孔内表面变得粗糙,进而出现越来越大的小麻点和蜂窝状小孔。随着气蚀的不断发生,最终导致液压阀阀芯和阀孔配合失效,使液压系统工作性能恶化,可靠性降低。


液压阀气蚀的产生,从力学的角度可作如下分析:


如图189所示,当阀芯以加速度a向一侧动作时,与阀芯接触的一个断面积为S的局部油液在油液压力p的作用下也一起以加速度a跟随阀芯运动,这时距阀芯表面为L处的油液压力将降为p0,因为


p0S=pS+ρLSa


则             p=p0-ρLa


式中  ρ为液压油的密度。


当p低于工作温度下溶于油液中空气分离的临界压力时,则溶于液压油中的空气便以气泡的形式分离出来。当阀芯以加速度a向另一侧动作时,L处的油压力比p0增加了ρLa。当加速度很大的时候,以至于在阀芯外表面和阀空内表面产生很大的冲击而造成表面材料的破坏,发生气蚀。


3.液压阀产生气蚀的原因分析


从液压阀气蚀的形成来看,不考虑液压阀的结构因素,气蚀的产生主要与液压油产生气泡及液压阀的频繁动作有关。


(1)液压阀的频繁动作。在液压系统中,各类液压阀都是通过改变阀孔的大小,使其过流面积和压力差发生变化来实现对液流压力、流量与流动方向控制的,以满足执行元件所需的力(或力矩)、速度与方向的要求。液压阀的频繁动作,使得油液压力的变化频率过快、过高,将直接造成气泡的形成,加速气泡的破裂速度。试验证明,压力变化频率高的部位出现气蚀的速度就会加快。


(2)液压油产生气泡。在液压传动中,液压油总是含有一定量的空气。空气可溶解在液压油中,也可以以气泡的形式混合在液压油中。对于矿物型液压油,常温时在一个大气压下有6%~12%的溶解空气。油液中空气分离成气泡的临界压力与油液的种类、油温和空气溶解量有关。防止液压油产生气泡,可减缓气蚀的发生。


4.预防液压阀气蚀的对策


预防液压阀气蚀除了合理设计、科学选材、提高加工工艺等措施外,合理使用液压设备对减少液压阔气蚀至关重要。在使用过程中要减少液压阀气蚀的发生,主要是尽量减少液压油产生气泡及正确操作液压阀。


(1)正确操作液压阀。油压变化的频率直接影响气泡的形成与破裂的速度,压力变化频率高的部位,气蚀速度快。因此操纵各液压阀时要平稳,操纵过程不宜过快、过猛,以减轻液压冲击,从而减少气蚀的发生。


(2)减少液压油产生气泡。要减少液压油产生气泡,使用中着重要考虑如下几点:


1)防止液压油温度过高。应及时地维护冷却系统,使冷却系统的温度保持在合适的范围内,以降低气泡破裂时释放的能量。


2)合理选用、使用液压油。液压系统对液压油的品种、牌号、抗泡沫性有严格的要求,应按要求添加或更换。如果油液抗泡沫性不好,易于汽化和形成泡沫,就容易引起气蚀。


3)维修和换油后要注意排气。如果维修和换油后未使液压系统充分排气,导致系统中存有气体,在高温、高压的作用下很容易产生气蚀。因此液压系统在维修和换油后,应按随机“使用说明书”的规定排除系统中的空气。


4)防止液压泵“吸空”现象发生。液压泵“吸空”是指泵吸入的油液中混有空气(不是油中溶解的空气)。而混入油中的空气通常呈细小的气泡状态悬浮在油中,这些气泡随着油液不断地流人,会增加气蚀的产生。为此液压泵吸油管连接处应当严格密封;油箱中的油液要按规定加足;吸油管一定要浸入到油箱规定的位置,这些都能有效防止液压泵“吸空”现象发生。


总之,上面在分析液压阀气蚀形成过程的基础上,认为在不考虑液压阀结构因素的前提下,气蚀的产生主要与液压油产生气泡及液压阀的频繁动作有关,并因此提出减少液压阀气蚀除了合理设计、科学选材、提高加工工艺等措施外,合理使用液压设备对减少液压阀气蚀至关重要。在使用过程中要减少液压阀气蚀的发生,主要是尽量减少液压油产生气泡及正确操作液压阀。


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