气泡对液压系统的危害分析及防治

杨运高

要谋求油压系统高效率、低成本，就要把着眼点放在油的质量上。如果能延长油的使用周期，那么就可以使液压系统长时间地处于高效率、低成本的良好状态。事实说明，要使液压油长时间质量稳定，关键是要解决好油中混入空气这一对油液危害最大的难题。

一、油中气泡的来源及其对系统的危害

1. 气泡的来源

液压油在生产、储运以及系统在大气压力下工作，因此油液中含有空气是不可避免的。往往把油中空气称之为掺混空气，掺混空气是以直径很小的球状气泡悬浮于油中，掺混空气的生成有两条途径：（1）通过油箱和泵的吸油管，掺混空气进入油中。如油箱油面太低、泵吸入管口半露于油面或淹没的很浅时，均可将空气吸入；若泵的进油管路漏气，则大量的空气会被吸入；再如系统回油管口高于油箱油面时，高速喷射的系统回油卷带着空气进入油中，又再度经油泵带入系统。（2）在液压系统中，当液体流经一段特别狭窄的通道时，其速度会上升很高，以致压力降低。如果压力低于当时温度下液体的饱和蒸气压力，液体就沸腾、气化，形成气泡。同时产生所谓“已溶解空气的逸出”也形成气泡。这些气泡混杂在油液中，产生气穴，使原来充满在导管或元件中的油液成为不连续状态，这种现象称为“空穴现象”。实践虽然证明溶解于油液中的空气对油的物理性质没有什么直接的影响，但溶解了一定数量的空气处于饱和状态的油液，流经节流口或泵入口处，当绝对压力下降到油液的空气分离压时，油中过饱和的空气就会被析出，使本来溶解于油中的微细气泡聚集成较大的气泡出现在系统中。

2. 气泡对系统的危害

从经济性和系统工作质量的角度来看，油中气泡对系统的危害是相当大的，主要有以下几个方面：（1）系统工作不良。在液压传动系统中，油液是动力的传递介质，在没有空气混入的场合，其压缩率约为5×10－（10～7）×10－10（m3/N），也就是压力增加10MPa时，容积仅被压缩减少0.625%。因此，在一般的液压系统中可以认为油是非压缩性流体，而不考虑其压缩性。一旦油中混入空气，其压缩率便会大幅度增加，油液本身相当高的刚度或是大的体积弹性系数（压缩率的倒数）则大大减低，严重地危害着系统的工作，甚至还会发生机械及人身事故，如自动控制失灵、工作机构产生间歇运动、被加工件的废品率增大等。（2）油温升高。气泡如在泵等的瞬间压缩之后，其温度会急剧升高，如果气体不溶解于油中，其绝热压缩的温升近似值是不难计算的，例如，将35℃的气泡加压至3.5MPa时，其温升可达到580℃。气泡达到高温之后，其周围的油便会产生燃烧，成为系统油温骤然升高的主要原因。然而空气是难以导热的，油中存有气泡时，其导热系数大大减低，严重地影响着油的冷却效果。油温升高带来的不良后果有以下几个主要方面：①加速油的氧化。油温的升高是促进油液氧化的主要原因。根据氧化的机理可知，油温在60℃以上时每升高10℃，其氧化速度成倍递增。氧化后的油液通常都会使黏度增加并生成酸性化合物，引起系统中金属件的腐蚀现象，氧化物的化学性质一般比热解作用的产物更为活泼，所以更容易产生渣泥，连同铁锈、金属屑等机械杂质又作为氧化过程的催化剂，使油液加速氧化。一般希望油温能在90℃以下，使其具有好的化学稳定性。② 油的润滑性能下降。性能良好的油液能在金属摩擦表面形成牢固的油膜，油膜的强度和厚度主要取决于油液的质量。变质后的油液其油膜强度不足以承受工作负载的压力，致使金属表面互相接触，从而导致摩擦力急剧增加，加速零件的磨损，所以说油液的润滑性对于液压装置具有重要意义。③加速密封件老化。液压系统中采用的密封件均由不同化学成分的材料制成，不但要求与油液有好的相容性，而且要求有适当的工作油温。如油温超过密封件的正常耐热温度，会加速老化，失去应有的弹性，导致过早地丧失密封性能。⑶导致气蚀的发生。油中气泡被油液带到高压区时，体积急剧缩小，气泡又重新凝聚为液体，使局部区域形成真空，周围液体质点以高速来填补这一空间，质点互相碰撞而产生局部高压，形成液压冲击，使系统中的局部压力猛烈升高，引起强烈的噪声和振动，再加之气泡中有氧气，在高温、高压、氧化的作用下就会产生所謂的“气蚀”，气蚀会使零件表面受到腐蚀，甚至造成元件失灵。在油泵部分发生了空穴现象时，除了会产生噪音和振动外，还会由于液体的连续性被破坏，降低吸油能力，以致造成流量和压力的波动，使油泵零件承受冲击载荷，降低油泵的使用寿命，甚至使液压系统工作出现误动作等。⑷液压油中的气泡还能引起系统的振动和噪声的增加以及泵的容积效率减低等。

二、产生影响的几个方面

液压系统设计、安装结构及参数不合理;

油液的抗泡沫性差，容易汽化形成泡沫，导致穴蚀的发生。

油液压力的变化频率过高，直接影响空气泡的形成，加速气泡的破裂速度，导致穴蚀速度加快。

油位过高，油液受机械搅拌易使气体溶在油液内产生泡沫；油位过低，工作泵易吸入空气导致循环油液流量不足，从而加大了油液中空气或水形成气泡的概率。

三、穴蚀预防的主要措施

要想完全消除空穴现象是做不到的，但是可以根据它产生和发展的规律，尽可能采用如下措施加以预防。

第一，液压系统管路必须进行合理设计和安装。它应有足够的管径，尽量避免有狭窄处或急剧转弯处，并且可以用一些增加吸油管路压力的措施，如提高油箱的安装高度，控制油泵的转速，设置增压油路等。

第二，正确设计油泵的结构参数，并且油泵装配要保证达到技术要求，密封要严格。

第三，系统内避免进入空气。特别是油箱设计上避免过多气体进入，液压系统最高部位设排气口，有利于气体排出。

第四，及时维护冷却系统，使其温度保持在合适的范围内，以减少气泡破裂时释放的能量，在不影响冷却液循环的情况下，添加一定量的防腐剂，以抑制锈蚀。

第五，选用油液要保证油品质量和适宜的黏度。严格按照设备用油液的标准选用液压油。质量好的液压油，可以有效防止在液压系统工作过程中出现的油液压力低于油气分离压力的现象。选用油液时，应根据不同地区的最低气温进行选择，并按油尺标准加注液压油，同时还应保持液压系统的清洁(加注液压油时，应防止将水分和其他杂质带入，添加的冷却液，一定不要含有腐蚀物质)。

第六，严格按油尺标准加油。各种油液油尺均标有上限和下限刻度，控制油液的正常油位有利于降低穴蚀。

第七，防止油温过高。合理设计散热系统，是保持油温正常的关键。如果出现故障，应查找原因，及时排除。

第八，减少液压冲击。在操纵液压操纵杆、分配阀时，力求平稳，不宜过快、过猛，以减轻液压油对零件的冲击。

第九，保持各结合面的正常间隙。在制造或修理时，按照装配的公差下限进行装配，可以很好地减少穴蚀的发生。如果元件已经发生穴蚀现象，则只能采用金相纸抛光技术除去积碳，切不可用一般的细砂纸进行打磨和处理。

第十，保持液压系统清洁，防止空气和水分侵入。定期清洗磁性过滤器，更换各种滤芯，保持油液清洁。注意检查油位、油质和油色，如果发现液压系统中有水珠，油液变成乳白色或油液呈泡沫状，应及时仔细分析水和空气的来源，检查油冷却器和液压泵进口处的密封性。

（作者单位：河北省秦皇岛市高级技工学校）