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(guò)量氣泡，將對(duì)整個(gè)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(jī)械有效可行的液壓油消泡方法，對(duì)提高產(chǎn)品的可靠性和壽命具有現(xiàn)實(shí)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(guó)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(gè)方面：

1）氣泡從低壓區(qū)進(jìn)入高壓區(qū)后，體積被急劇壓縮，這一過(guò)程會(huì)釋放熱量，在氣泡周圍產(chǎn)生局部高溫，因?yàn)闅馀葜杏醒鯕?，?huì)大大加速油液氧化變質(zhì)。

2）氣泡被壓縮到一定程度后會(huì)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(huì)顯現(xiàn)出不小破壞力。在這些微爆炸的反復(fù)“轟炸”下，可在泵、閥、油缸等液壓元件的精密配合面引起細(xì)微的材料剝落，經(jīng)過(guò)時(shí)間積累，就可引起元件配合面嚴(yán)重?fù)p傷，最后導(dǎo)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(huì)引起液壓系統(tǒng)產(chǎn)生額外振動(dòng)和噪音。

2.氣泡形成機(jī)理

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

有些工程機(jī)械產(chǎn)品的液壓系統(tǒng)壓力低、流量小，回油沖擊就很低，對(duì)油箱內(nèi)液壓油的攪動(dòng)就很小，油箱內(nèi)液壓油不容易產(chǎn)生氣泡。而有些工程機(jī)械產(chǎn)品的開(kāi)式液壓系統(tǒng)中，流量較大、換向頻率高（如混凝土泵車），導(dǎo)致回油壓力沖擊大，極易在油箱內(nèi)部產(chǎn)生劇烈攪動(dòng)，與空氣接觸的液壓油吸入空氣后來(lái)不及將及時(shí)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(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，分析總結(jié)了幾點(diǎn)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(kāi)式液壓系統(tǒng)的泵車，驅(qū)動(dòng)工作裝置的液壓系統(tǒng)流量達(dá)到800L/min，工作壓力超過(guò)20MPa，且控制閥換向頻率達(dá)到25次/min。因?yàn)橄到y(tǒng)流量大，換向頻率高，導(dǎo)致控制閥回油沖擊較大。為了降低回油進(jìn)入油箱內(nèi)部后對(duì)油箱內(nèi)部液壓油的攪動(dòng)，同時(shí)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(shè)置一面擋板。此回油擋板可以耗散一部分回油沖擊能量，進(jìn)而可以降低對(duì)油箱內(nèi)部油液的攪動(dòng)，減少氣泡的產(chǎn)生。

因?yàn)榛赜蜎_擊是反復(fù)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(shí)際經(jīng)驗(yàn)，回油擋板在回油沖擊的反復(fù)作用下容易發(fā)生脫落，進(jìn)而撞擊回油濾芯，回油濾芯會(huì)被沖破，進(jìn)而將污染這個(gè)液壓系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)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(shè)計(jì)擴(kuò)散器。

為了降低回油沖擊對(duì)油箱內(nèi)部液壓油的攪動(dòng)，可以在油箱回油口內(nèi)側(cè)設(shè)置回油鋼管，將回油鋼管插入液面以下，同時(shí)在回油鋼管末端設(shè)置一蜂窩狀擴(kuò)散器。擴(kuò)散器的工作原理是：將回油管原來(lái)的單向集中出口變?yōu)橄蛩拿姘朔降暮芏鄠€(gè)小出口，同時(shí)是回油在擴(kuò)散器內(nèi)形成更強(qiáng)的紊流，將回油流量中蘊(yùn)含能量的大部分耗散掉，再?gòu)臄U(kuò)散器的多個(gè)小孔從四面八方流出。經(jīng)過(guò)流體仿真對(duì)比分析，結(jié)構(gòu)合理的回油擴(kuò)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(dòng)量，進(jìn)而大大降低油箱內(nèi)部油液中形成氣泡。有擴(kuò)散器和無(wú)擴(kuò)散器的條件下，油箱內(nèi)部液壓油攪動(dòng)量仿真結(jié)果如圖1和圖2所示。

3.3采用內(nèi)進(jìn)外出式消泡回油過(guò)濾器。

工程機(jī)械目前普遍采用的是四周進(jìn)油、中間出油的外進(jìn)內(nèi)出式回油過(guò)濾器。為了降低回油進(jìn)入油箱后氣泡的形成，目前一些主流的過(guò)濾器廠家都在積極開(kāi)發(fā)和推廣內(nèi)進(jìn)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(kuò)散出油，液壓油中內(nèi)含的氣泡在過(guò)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(shè)置隔板。

在油箱內(nèi)部回油區(qū)與吸油區(qū)之間設(shè)置隔板，可延長(zhǎng)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(zhǎng)回油在油箱內(nèi)的循環(huán)時(shí)間，這樣油箱內(nèi)的油液在被油泵吸入之前，就有更多的時(shí)間釋放氣泡。

4.試驗(yàn)驗(yàn)證

5.結(jié)語(yǔ)

大流量高沖擊的液壓系統(tǒng)，回油進(jìn)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(gè)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(guò)工程實(shí)踐的驗(yàn)證且行之有效，希望能為更多的液壓油箱工程設(shè)計(jì)人員提供參考。

參考文獻(xiàn)：

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

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

[3]李偉，趙智姝，武書閣，魏東. 油液中混入氣泡對(duì)液壓系統(tǒng) 性能的影響分析[J. 機(jī)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(yù)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(duì)熱平衡溫度的影響研究[J].液壓氣動(dòng)與密封，2021，（ 2）：18 - 20.

作者簡(jiǎn)介： 張德勝（ 1981-） ，男，湖南長(zhǎng)沙人，工程師，碩士，主要從事泵車液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。