飞机液压系统气体污染及排气方法分析

杨斌

【摘 要】本文介绍了液压系统中气体产生的原因及其带来的危害，然后分析了几种用于液压系统排气的排气阀原理及各自优缺点。

【关键词】液压系统；气体污染；排气

0 引言

液压系统具有比功率大、响应速度快、抗负载刚性大及容易控制等特点，广泛应用于航空航天、工程机械等领域[2]。混入液压系统的空气会严重影响液压系统的性能，本文从采取何种措施可以减少空气进入液压系统和如何及时排走进入液压系统中的空气两个方面对液压系统排气问题进行分析。

1 气体污染来源及危害

1.1 气体污染来源

通常空气通过以下几种方式进入液压系统：

1）给液压系统加油时带入空气；

2）液压用户作动筒活塞杆回缩时，可将空气吸入液压系统；

3）拆装阀、液压管路等时有空气进入液压系统；

4）液压系统局部密封失效；

5）蓄压器中的气体通过密封件进入液压系统。

此外，液压油中总是溶解有一定量的气体，液压油的空气溶解量与液压油的温度和压力有关，温度不变时，压力越大，空气溶解量越大。在一定的温度下，当液压系统压力降低时，溶解在液压油中的气体将分离出来形成气泡，即产生气穴现象。

1.2 气体污染危害

溶解在液压油中的气体不会对液压系统产生危害。而游离在液压油中的气泡则会危害液压系统，主要体现在：

1）使液压泵吸油不足甚至干摩擦，产生噪音，输出流量不稳定，输出压力脉动增大，严重的将损坏液压泵；

2）液压油的流动特性变坏，大量气泡随着液压油重新进入高压区时，因承受不了高压而破灭，原来气泡所占据的空间形成局部真空，周围的液压油质点以极高的速度来填补这一空间，使液压油质点间相互碰撞，产生局部高压和高温，形成液压冲击，产生振动和噪声，如果这种局部冲击作用在金属表面，将会对金属表面产生腐蚀，使金属疲劳，表面剥落或出现棉状的小孔穴，这种现象也称为气蚀现象[1][3]；

3）气蚀现象将缩短液压设备和液压管路的寿命，并且影响系统的刚性和响应特性，使运动部件的运动速度不均匀。

综合上述气体污染的危害，可知气体污染严重影响液压系统正常工作甚至造成损坏，因此，设法减少空气进入液压系统并且及时排除液压系统中的游离气体有着重要的现实意义。

2 减少空气进入液压系统

由于空气是通过与油液接触而进入液压系统的，因此可通过减少空气与油液的接触来减少空气进入液压系统，常用的方法包括采用自增压油箱代替引气增压油箱，以及使用自密封接头代替传统液压接头。

2.1 采用自增压液压油箱

传统的液压油箱通过增压组件将飞机气源系统的增压空气引入液压油箱进行增压[6]。如图1左图所示，引气增压油箱油液和空气直接接触，会增加油液中的空气含量，一旦系统压力下降，极易发生气穴现象。

自增压油箱利用高压腔通过增压活塞给液压油箱增压。油液和空气被活塞隔段，无法直接接触，可以减少空气进入液压系统。经验表明，使用自增压油箱的液压系统，液压泵的寿命要比使用引气增压油箱的液压系统高。

2.2 采用自密封接头

在液压设备拆卸时，自密封接头不仅可以阻止油液泄露，而且还可以阻止空气进入液压系统。因此在拆卸、维修频繁的设备，如快卸接头、油滤等中使用自密封接头能减少空气进入液压系统。

3 排气方法分析

如果液压系统中存在游离气体，一般使用排气阀进行排气，常用的排气阀分为三类，分别是手动排气阀、机械式自动排气阀、光电式自动排气阀。

3.1 手动排气阀

手动排气阀即为手动溢流阀，如图2所示。手动排气阀一般安装在液压油箱的最高处，每次给液压系统加油后，需要操作手动排气阀进行排气。手动排气阀具有结构简单、可靠性高的优点，但由于无法观察到油箱内气体是否已排净，只能根据是否有油液排出来判断气体是否排净。

3.2 机械式自动排气阀

如图3所示，机械式自动排气阀由阀体、气室、不锈钢浮块、不锈钢拉杆、复位弹簧、密封针阀、放气嘴组成。由于自动排气阀安装在液压系统压力最低处，系统工作时产生的气体经自动排气阀底部进入阀体，通过不锈钢浮块与阀体内壁之间的间隙进入气室，随着空气量的增加，气室内的压力增大，迫使浮块向下运动，拉杆机构则使顶部的针阀开启，将空气由气嘴排出。随着空气的排出，气室内压力逐渐下降，在液体的浮力和复位弹簧的作用下，浮块上升并使排气阀关闭[3]。这种排气阀易出现漏油现象，而且受到飞机液压系统只能在地面才可以排气的限制，飞机液压系统不适用这种机械式自动排气阀。

3.3 光电式自动排气阀

光电式自动排气阀作为自动排气阀一种形式，常用于飞机液压系统中，用于排除液压系统工作时产生的气体。主要由阀体、光电检测电路、控制电路、比例放大器、电磁阀组成。自动排气阀一般安装在飞机自增压液压油箱低压腔的最高处，以便收集液压系统工作时产生的气体。

如图4所示，正常情况下自动排气阀的集气腔充满了油液，光电发生器产生的光线通过棱镜时发生折射，光电接收器没有信号输入，自动排气阀处于关闭状态。随着液压系统的工作，产生的气体会在液压油箱中积累，由于自动排气阀安装在油箱的最高处，气体进入自动排气阀的集气腔，如图5所示。随着集气腔的气体越来越多，光电发生器产生的光线在棱镜处发生全反射，此时光电接收器接收到光线信号。

光电接收器接收到光线信号后，集气腔存在大量气体的信号被传递给控制电路中的处理器，处理器将信号传递给液压控制软件。液压控制软件接收到信号后，根据飞机的状态决定是否发出排气指令。若条件允许，处理器将接收到排气指令，排气指令通过比例放大器驱动电磁阀打开，气体被排出。气体排出后，集气腔内液面上升，通过棱镜的光线从全反射变回折射，光电接收器无光信号输入，电磁阀停止工作，排气工作完成[4-5]。自动排气阀的原理框图如图6所示。

这种光电式自动排气阀能够自动检测液压油箱中是否存在空气，并反馈给飞机计算机（液压控制软件），根据飞机状态选择性排气，极大地方便机组和地面维护人员。

4 结论

游离在液压系统中的气体会造成液压系统寿命缩短、刚性降低等。可以通过避免空气进入和对液压系统排气两个手段来降低液压系统中空气含量。自增压油箱和自密封接头的使用可以减少空气进入液压系统。排气阀可以排除液压系统中的气体。其中，手动排气阀具有结构简单、可靠性高的优点，但由于无法观察到油箱内气体是否已排净，只能根据是否有油液排出来判断气体是否排净；机械式自动排气阀易出现漏油现象，而且受到飞机液压系统只能在地面才可以排气的限制，不适用于飞机液压系统排气；光电式自动排气阀能够自动检测液压油箱中是否存在空气，并反馈给飞机计算机（液压控制软件），根据飞机状态选择性排气，极大地方便机组和地面维护人员。

【参考文献】

[1]刘欣欣，程松涛.液压系统中气穴现象分析及对策[J].现代制造技术与装备，2011.4.

[2]王占林，主编.飞机高压液压能源系统[M].北京航空航天大学出版社，2004.11.

[3]李向书，腾一青.自动排气阀、螺旋空气分离器在液压系统中的应用[J].液压与气动，2012.5.

[4]欧阳小平，王俊晖.一种用于液压系统的光电自动排气阀：中国，203023180U.[P].2013.06.26.

[5]帕克-汉尼芬公司.用于封闭式液压系统的自动空气放泄阀：中国，101981326A[P].2009-03-31.

[6]李艳军，主编.飞机传动与控制[M].科学出版社，2009.2.

[责任编辑：王楠]