電液伺服系統油液中氣泡的危害和預防措施

電液伺服系統中要求液壓油的清潔度達到NAS3～8級，但對油液中空氣含量一直沒有具體要求。在很多重要領域，液壓油中氣體含量增加可導致整機的工作異常。在此介紹電液伺服系統油液中氣泡的危害和設計中的預防措施。

1．氣泡的危害

由于電液伺服系統在大氣壓環境下工作，因此系統油液中摻人空氣是不可避免的。油液中摻人空氣的方式有兩種：一種是摻混空氣；另一種是溶解空氣。摻混空氣主要是空氣通過油箱和泵的吸人管摻混油內，以球狀氣泡懸浮于油液中，這時的油液成了氣泡油。溶解空氣則是空氣已溶解于油液中。在一定溫度下，氣體在油液中的溶解度與油液的壓力成正比，即壓力越高，溶解于油液中的氣體含量越高。這些空氣隨油液流動，一旦流到某處壓力下降到低于油液的空氣分離壓時，油液中的溶解空氣就將分離析出，形成大量氣泡，這種現象稱氣穴。

當電液伺服系統的油液含有氣泡時，流動著的油液就變成氣液兩相流。其體積彈性模量和系統固有頻率驟減，系統動態響應大大降低，嚴重影響系統的控制精度。如油液中混入1%的空氣，則油液的體積彈性模量降低到無空氣液壓油的35.6%，系統固有頻率降低到無空氣液壓油的59.7%。此時電液伺服系統可能出現剛性下降，反應遲鈍的現象。除此之外，油液中的氣泡還將給電液伺服系統帶來如下的危害。

(1)液壓元件因氣蝕而損壞。氣穴現象產生的氣泡在元件金屬邊壁附近潰滅時，周圍油液以很快的速度流向潰滅中心，會對金屬邊壁產生較大的局部沖擊力，瞬間壓力可高達數百甚至數千兆帕。大量氣泡潰滅時使金屬邊壁反復受到劇烈沖擊而引起疲勞破壞，使元件表面產生麻蝕和剝離脫落。

(2)產生噪聲、振動和沖擊。當攜帶氣泡的油液流到壓力較高處，氣泡瞬時被壓破而產生噪聲。同時大量氣泡潰滅會引起較大的壓力波動，使系統產生振動、沖擊。

  (3)油質劣化。油液中含有空氣時油液的壓縮性增大。在壓縮油液過程中消耗能量，并且使油液局部溫度升高，油液和各種添加劑受到破壞，產生游離碳、酸質和膠泥狀沉淀物，加快了油質的劣化，并可能對金屬產生化學腐蝕作用。

2．氣穴產生的部位

從設計開始預防，抓好安裝質量，完全可以避免氣穴的產生。為在電液伺服系統設計中防止空氣的摻入，必須掌握空氣摻人的條件及容易發生的部位。

(1)泵的吸油口。當吸油管內的阻力過大，液壓泵入口處的壓力降至空氣分離壓以下時就會發生氣穴。應避免進油口壓力損失過大液壓泵轉速過高或吸油管過細。

(2)液壓執行器。在電液伺服閥控液壓缸或電液伺服閥控馬達系統中，負載對于電液伺服閥的響應會因慣性產生相位滯后，尤其在高頻時更明顯，使得由閥口進入液壓缸或馬達的油液不夠填滿活塞或柱塞運動后所空出的容積，出現低壓區而產生氣穴。

(3)控制閥等的節流口附近。當油液經節流孔或閥口（如電液伺服閥）時易形成高速射流，其絕對壓力下降而產生氣穴。據資料報道，一個具有薄壁小孔的節流裝置，小孔前后的壓力比大于3.5時，就會發生氣穴。

3．預防措施

(1)合理設計油箱。設計油箱及選擇油箱附件時應考慮以下問題：①確定油箱的容積和計算設備用油量時，應保證在最低油面時有足夠的油量，使液壓泵吸油管口不致露出油面而吸入空氣；②泵的吸油口與回油口的距離應盡可能遠，管口應插在最低液面以下，以免發生吸油和回油的沖濺而產生氣泡；③油箱中應設置隔板，將吸油和回油管分開，使液流繞行，以便氣泡從油液中分離；④空氣濾清器的通氣流量應大于同時工作的分支液壓泵總流量，以防止油箱內形成真空而析出氣泡；⑤系統的回油管或回油過濾器宜帶擴散器裝置，防止回油沖濺產生氣泡。

(2)合理選擇液壓油。①油的黏度不宜過高：一般根據液壓泵的要求及系統壓力、環境溫度等因素來確定油的黏度，處在寒冷環境中的液壓設備，采用低溫（稠化）液壓油，必要時，可考慮安裝電加熱裝置；②選用抗泡沫性好的油品。

(3)合理設計和布置管路。①油管應盡量短，其直徑足夠大，泵的吸油高度應不超過規定值；②管路的直徑應根據管內流速的推薦值來確定，彎頭及彎管應盡量少；③管路的最高位置有排氣裝置；④各泄漏油管不應與回油管連在一起，應單獨回油井插在油箱最低液面以下。

(4)合理設計液壓回路。①為防止電液伺服閥口附近產生氣穴，盡量使閥滿足前后壓差比小于3.5，特殊情況，可考慮采用消除或降低可能產生氣穴的結構；②對垂直或傾斜安裝、靠自重下行的液壓缸，設計下行回路時宜考慮對上腔適當加壓，以保證上腔充滿油液。

  (5)注意電液伺服系統的日常維護。為防止氣泡的產生，應注意如下問題：

①經常檢查吸油口的狀況，必要時清洗或更換吸油過濾器；②檢查各吸油管部分接頭、焊縫的密封；③檢查油箱液位；④定期對液壓缸及相關管路進行排氣；⑤如條件許可，可配備除氣裝置。