高冲击大流量液压系统回油消泡方法研究

张德胜 王勇刚 赵志明

摘  要：众所周知，液压油中含有过量气泡，将对整个液压系统的可靠性和元件寿命造成极大危害。因此，分析研究工程机械有效可行的液壓油消泡方法，对提高产品的可靠性和寿命具有现实意义。

关键词：液压油箱;消泡;回油;冲击

1.气泡在液压系统中的主要危害

根据国内外多年的研究，目前总结到液压油中气泡的危害主要有以下四个方面：

1）气泡从低压区进入高压区后，体积被急剧压缩，这一过程会释放热量，在气泡周围产生局部高温，因为气泡中有氧气，会大大加速油液氧化变质。

2）气泡被压缩到一定程度后会被压溃，发生爆炸。这些微小爆炸看似微不足道，但是数量众多的这种微爆炸，就会显现出不小破坏力。在这些微爆炸的反复“轰炸”下，可在泵、阀、油缸等液压元件的精密配合面引起细微的材料剥落，经过时间积累，就可引起元件配合面严重损伤，最后导致元件失效，这就是气蚀。

3）气泡在油缸内被绝热压缩后爆炸烧伤密封件。

4）气泡的压缩、膨胀和破裂会引起液压系统产生额外振动和噪音。

2.气泡形成机理

液压油中的气泡主要在回油进入油箱以后且被油泵重新吸入之前的过程中产生。因此，要考虑消泡的方法，就要在气泡形成过程中进行干预和抑制。

有些工程机械产品的液压系统压力低、流量小，回油冲击就很低，对油箱内液压油的搅动就很小，油箱内液压油不容易产生气泡。而有些工程机械产品的开式液压系统中，流量较大、换向频率高（如混凝土泵车），导致回油压力冲击大，极易在油箱内部产生剧烈搅动，与空气接触的液压油吸入空气后来不及将及时释放，使液压油箱内部的液压油产生大量气泡。

3.回油消泡方法

本文根据设计开发实际经验，分析总结了几点高冲击大流量液压系统回油消泡方法。

3.1在油箱内部回油滤芯之前加装回油挡板。

采用开式液压系统的泵车，驱动工作装置的液压系统流量达到800L/min，工作压力超过20MPa，且控制阀换向频率达到25次/min。因为系统流量大，换向频率高，导致控制阀回油冲击较大。为了降低回油进入油箱内部后对油箱内部液压油的搅动，同时避免回油直接冲击回油滤芯。就需要在油箱回油口与回油滤芯之间设置一面挡板。此回油挡板可以耗散一部分回油冲击能量，进而可以降低对油箱内部油液的搅动，减少气泡的产生。

因为回油冲击是反复循环冲击，回油挡板的固定方式要尽量避免采用螺钉装配式结构，而要采用牢固的一体式结构。根据实际经验，回油挡板在回油冲击的反复作用下容易发生脱落，进而撞击回油滤芯，回油滤芯会被冲破，进而将污染这个液压系统，对整个液压系统造成极大破坏。

3.2在油箱内部回油管末端设计扩散器。

为了降低回油冲击对油箱内部液压油的搅动，可以在油箱回油口内侧设置回油钢管，将回油钢管插入液面以下，同时在回油钢管末端设置一蜂窝状扩散器。扩散器的工作原理是：将回油管原来的单向集中出口变为向四面八方的很多个小出口，同时是回油在扩散器内形成更强的紊流，将回油流量中蕴含能量的大部分耗散掉，再从扩散器的多个小孔从四面八方流出。经过流体仿真对比分析，结构合理的回油扩散器，可以耗散掉回油中50%以上的冲击能量，极大降低油箱内部油液搅动量，进而大大降低油箱内部油液中形成气泡。有扩散器和无扩散器的条件下，油箱内部液压油搅动量仿真结果如图1和图2所示。

3.3采用内进外出式消泡回油过滤器。

工程机械目前普遍采用的是四周进油、中间出油的外进内出式回油过滤器。为了降低回油进入油箱后气泡的形成，目前一些主流的过滤器厂家都在积极开发和推广内进外出式的消泡回油滤，以唐纳森、贺德克、亚玛信为代表的厂家均在研究消泡滤芯技术。

如图3所示，，唐纳森的消泡回油滤滤采用内外两层滤芯，将回油通往内层滤芯中部，将泄油通往内层滤芯与外层滤芯中间夹层，然后一起向外部四周扩散出油，液压油中内含的气泡在过滤器外层的特殊

3.4在油箱内部回油区和吸油区之间设置隔板。

在油箱内部回油区与吸油区之间设置隔板，可延长从回油口流入油箱的液压油在油箱内的流通路径，从而延长回油在油箱内的循环时间，这样油箱内的油液在被油泵吸入之前，就有更多的时间释放气泡。

4.试验验证

5.结语

大流量高冲击的液压系统，回油进入油箱之后是气泡产生的主要环节，要减少和消除液压油气泡主就要在这个环节想办法。本文提出的几条消除回油气泡的方法，皆是经过工程实践的验证且行之有效，希望能为更多的液压油箱工程设计人员提供参考。

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作者简介： 张德胜（ 1981-） ，男，湖南长沙人，工程师，硕士，主要从事泵车液压系统设计和开发。