液壓機床系統(tǒng)中氣泡帶來的危害探索

　　液壓機床系統(tǒng)中氣泡危害研究
　　
　　機床是所有機械生產(chǎn)的基礎(chǔ)

，而數(shù)控技術(shù)是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)

，它的廣泛應(yīng)用使普通機床逐漸的被數(shù)控機床所代替

。*

，衡量機床質(zhì)量的1個重要指標(biāo)就是：工序能力指數(shù)(CP值)

。設(shè)計機床時在考慮如何保證工序能力指數(shù)(CP值)

，可能更多關(guān)心的是：選用好的主軸系統(tǒng)

，導(dǎo)軌的幾何精度高等。往往忽略了由于液壓系統(tǒng)性能造成的加工工序的能力指數(shù)(CP值)嚴重下降的問題。研究表明：液壓系統(tǒng)中氣泡是影響工序能力指數(shù)(CP值)zui重要的因數(shù)之一

。為了提高數(shù)控機床的加工工序能力指數(shù)

，必須要去除液壓系統(tǒng)中的氣泡。
　　
　　1液壓系統(tǒng)中氣泡的來源及危害液壓系統(tǒng)中氣泡的來源
　　
　　數(shù)控機床常用的液壓系統(tǒng)為開放式液壓系統(tǒng)

，液壓油中含有空氣是不可避免的

。液壓油中的空氣稱為摻混空氣，摻混空氣以直徑很小的球狀氣泡懸浮于油中

，主要是通過油箱與泵的吸入管摻混入油內(nèi)

。例如：油箱油面太低、泵吸入管口半露于油面或淹深很淺時

、泵的進油管路漏氣

、系統(tǒng)回油管口高于油箱油面、高速噴射的系統(tǒng)回油等

，都可能使空氣進入油中

。油被油泵帶入系統(tǒng)的同時空氣也就進入了液壓系統(tǒng)。由于油液中空氣的含量隨壓力的增加而增加

，當(dāng)溶解了一定數(shù)量的空氣處于飽和狀態(tài)的油液流經(jīng)節(jié)流口或泵入口段

，當(dāng)壓力下降到油液的空氣分離壓時，油液中過飽和的空氣就會被析出

，使本來溶解于油中的微細氣泡聚集成較大的氣泡出現(xiàn)在液壓系統(tǒng)中

。
　　
　　氣泡對數(shù)控機床液壓系統(tǒng)的危害
　　
　　數(shù)控機床的液壓系統(tǒng)控制著機床器件表面的精細動作，所以數(shù)控機床液壓系統(tǒng)的性能直接影響被加工件的質(zhì)量

。而液壓油中氣泡是影響液壓系統(tǒng)性能zui主要的原因

。主要體現(xiàn)在幾個方面：①影響油液的連續(xù)性，使系統(tǒng)工作不良

。如：自動控制失靈

、工作機構(gòu)產(chǎn)生間歇運動使被加工件的廢品率增大、產(chǎn)品的精度差

、產(chǎn)品的質(zhì)量不穩(wěn)定

、損壞模具等。②氣泡還可能引起機床的誤動作而引發(fā)機械及人身事故

。③油溫升高會導(dǎo)致工序能力指數(shù)下降

，還會加速油液的氧化、降低油液的潤滑性能

、加速密封元件的老化等

。④導(dǎo)致氣蝕的發(fā)生。由于液體質(zhì)點間相互碰撞產(chǎn)生局部高壓形成液壓沖擊

，使局部壓力升高可達數(shù)百甚至上千個大氣壓力

。如果這種局部液壓沖擊作用在零件的金屬表面上

，使金屬表面產(chǎn)生腐蝕將對液壓系統(tǒng)的危害性很大。⑤氣穴現(xiàn)象會引起振動和噪音

，不但對影響機床的性能還會造成人身傷害

。
　　
　　2傳統(tǒng)氣泡去除方法
　　
　　常用的氣泡去除方法總是在油箱上下工夫，即利用液壓系統(tǒng)中*的油箱進行氣泡的去除

，例如在油箱設(shè)計時讓其水平截面積大于油液深度

、設(shè)置隔板延長油液在油箱中停留的時間、進出油口盡量設(shè)置得遠些以及體積要大等

。從原理上來看就是靠氣泡自身的浮力自行浮到液面而容入大氣

。由于氣泡的直徑很小約0.25～0.5mm，而油液對氣泡有摩擦阻力

。根據(jù)斯托克斯法可知氣泡上浮速度與氣泡大小成正比

，與油液粘度成反比，如直徑為0.3mm的氣泡在粘度為10<SUP>-4</SUP>m<SUP>2</SUP>/s的油液中每分鐘只上浮30mm

，所以靠自浮去除效果很差

。
　　
　　3氣泡去除器
　　
　　基本結(jié)構(gòu)與原理：氣泡去除器的基本結(jié)構(gòu)與原理。主要由進油腔

、工作腔

、導(dǎo)向葉輪、出油腔及排氣管等組成

。當(dāng)油液從導(dǎo)向葉輪的切線方向進入油腔時

，以一定的動能沖向?qū)蜉喨~片，在導(dǎo)向葉輪的作用下

，油液作螺旋加速運動

，由于油液密度大于氣泡密度，在離心力的作用下

，氣泡向中心軸線處聚集

，中心軸線上的壓力隨著液體螺旋加速度的增加而遞減，在工作腔zui小直徑處的中心壓力zui低

，氣泡在中心軸線上的壓差和接近中心液流的連帶作用下向工作腔zui小直徑處運動聚集

，在工作腔與排油腔結(jié)合處的右側(cè)附近，液流由于沒有螺旋運動

，所以此處的壓力高于出油腔入口處的壓力

，大量聚積起來的氣體在壓力的作用下通過排氣管排出裝置之外。其工作原理

。
　　
　　線段說明：將油液在去除裝置中流過的路徑分為4段

。①01段為進油腔(內(nèi)裝導(dǎo)向葉輪)

。其中對應(yīng)的兩線段分別是：0′1′為軸線方向的壓力值;0″1″為軸線方向原有氣泡含量

。②12段為工作腔

。其中對應(yīng)的兩線段分別是:1′2′為軸線中心處的壓力變化趨勢;1″2″為軸線中心處的氣泡析出量變化趨勢。③23為排氣段(為出油腔右側(cè)很小一部分)

。其中對應(yīng)的兩條線段分別是:2′3′為軸線中心處的壓力變化趨勢;2″3為排出氣體量變化趨勢

。④34段為出油腔。其中對應(yīng)的3′4為氣泡排除后油液流經(jīng)出油腔的壓力變化趨勢

。
　　
　　該裝置的主要特點:①由于液流在工作腔的旋流半徑比較小

，氣泡容易向中心方向移動。在工作腔的液體有較大的離心加速度

，所以在半徑方向上形成了較大的壓力梯度

，十分有助于氣泡的排出。②進入到工作腔的液體在導(dǎo)向葉輪的作用下具有較大的角動能

，使液體能夠維持較長距離的加速旋轉(zhuǎn)運動

，這就增加了氣泡隨油液在工作腔內(nèi)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)，所以氣泡的去除效率相當(dāng)高

。③該裝置具有較大的壓差范圍

，所以有較大的流量適應(yīng)區(qū)域即對于某一規(guī)格的裝置來說，zui大流量不小于zui小流量的3倍

，通過控制進油壓力

，可使該裝置在一定流量范圍內(nèi)的任*量下去除氣泡。④適用于動力傳遞介質(zhì)的任何粘度油液的氣泡去除

。⑤該裝置體積較小

，可以忽略其內(nèi)部通流液體的質(zhì)量，所以安裝位置比較靈活

，而不影響氣泡去除效果

。
　　
　　使用方法和效果:該裝置安裝方便，組成簡單

。①如單獨使用

，將該裝置的進油腔與系統(tǒng)回油路相接，出油腔直接通向油箱

，一次氣泡去除率zui高可達99%

。②與泵組合使用，將該裝置的進油腔與系統(tǒng)回油路相接

，出油腔與泵的進油口相接

，一次去除效果zui高可達99.9%。2種方式均將該裝置安裝于油箱內(nèi)不用考慮泄漏

，不需用專門動力

，節(jié)省能源。
　　
　　4結(jié)語
　　
　　為了更好保證數(shù)控機床加工過程的穩(wěn)定性和可靠性

，保證機床的加工質(zhì)量

，防止熱變形

，減少維修工作量。關(guān)鍵的問題是要解決好油中氣泡對油液危害的zui大難題

。開發(fā)和應(yīng)用液壓油氣泡去除裝置有十分重要的意義

。