液壓泵的主要參數(shù)及共性問(wèn)題

 

    1.6.4汽蝕問(wèn)題與液壓泵的吸入性能

    眾所周知，高壓化與高速化是減小液壓泵尺寸和重量的重要途徑，然而，高速化遇到的障礙之一便是汽蝕問(wèn)題。各類(lèi)泵的抗汽蝕能力用吸人性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

    (1)汽蝕問(wèn)題的產(chǎn)生與危害一般，液壓油液中均溶有少量空氣。液壓系統(tǒng)工作時(shí)，在液流內(nèi)部，當(dāng)壓力（絕對(duì)壓力）低于相應(yīng)溫度下油液的空氣分離壓時(shí)，氣體析出，形成氣泡，此即為氣穴現(xiàn)象。這些氣泡被液流帶到高壓區(qū)，在高壓作用下，氣泡迅速破裂，體積大大減小而凝結(jié)，四周的高壓油以高速?zèng)_人填充此體積，行成液壓沖擊（又稱(chēng)水擊），  沖擊壓力可達(dá)幾百兆帕，從而引起振動(dòng)。當(dāng)沖擊壓力大于與液流相接觸的材料的彈性極限時(shí)，金屬表面便產(chǎn)生機(jī)械破壞。由于液流中還可能分離出帶酸性的氣體，引起氧化甚至電化學(xué)作用，從而加速金屬表面的腐蝕破壞。破壞處表面呈現(xiàn)海綿狀小洞穴，破壞達(dá)數(shù)毫米深。產(chǎn)生汽蝕后的液體將變得混濁并伴有噪聲，嚴(yán)重時(shí)甚至產(chǎn)生斷流現(xiàn)象。

    在液壓系統(tǒng)中，凡是壓力低于空氣分離壓處，都有可能產(chǎn)生汽蝕。例如，各種液壓閥的節(jié)流口處、小直徑管道處等都可能產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象，但最值得注意的還是液壓泵這一液壓系統(tǒng)心臟元件。

    液壓泵里的氣穴現(xiàn)象產(chǎn)生在吸油過(guò)程中，因?yàn)楸玫奈涂诤臀颓恢械慕^對(duì)壓力一般會(huì)低于1大氣壓(0.1MPa)。當(dāng)液壓泵吸油腔總壓力克服過(guò)濾器及管道等各種阻力損失，并使液流加速跟上泵內(nèi)擠子運(yùn)動(dòng)后，所剩壓力極易低于空氣分離壓時(shí)，產(chǎn)生氣穴。氣泡接著在高壓區(qū)的排油過(guò)程中而凝結(jié)，于是產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象。

    汽蝕不僅縮短了液壓泵壽命、降低了其效率，還對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)及其他元件帶來(lái)不利影響。所以，應(yīng)盡量避免。

    (2)提高抗汽蝕性能的措施與液壓泵的吸人性能在液壓泵的制造和修復(fù)中，提高液壓泵抗汽蝕性能的措施有：增加吸油弧長(zhǎng)或改變進(jìn)油方向，以減少吸油阻力損失或使離心力有助于吸油；采用力學(xué)性能和化學(xué)性能較為穩(wěn)定的材料（如銅和不銹鋼）、提高零件表面的加工質(zhì)量以及增加某些材料（如碳鋼和不銹鋼）的硬度等。

    在液壓泵的使用和運(yùn)行中，為了避免液壓泵產(chǎn)生汽蝕，應(yīng)盡量選用自吸能力強(qiáng)的液壓泵，并設(shè)法使吸油腔的最低吸入壓力（極限吸入壓力）大于液體的空氣分離壓（空氣分離壓與液體的種類(lèi)、溫度和空氣溶解量有關(guān)，實(shí)測(cè)結(jié)果表明油溫越高、空氣溶解量越多，則空氣分離壓越高）。最低吸入壓力和自吸能力是液壓泵的兩個(gè)吸人性能指標(biāo)，其定義如下。

    ①最低吸入壓力為保證液壓泵在最高轉(zhuǎn)速時(shí)能正常吸油，在吸人口所允許的最低壓力稱(chēng)為液壓泵的最低吸入壓力。

    ②自吸能力  液壓泵能借助大氣壓力自行吸油的性能。有自吸能力的泵，其最低吸入壓力（絕對(duì)壓力）一定小于大氣壓力。自吸能力常用真空度（大氣壓與絕對(duì)壓力的差額壓力）表示，真空度越大，表明液壓泵的自吸能力越強(qiáng)。

為保證液壓泵正常工作，液壓泵吸油口的真空度不能太大，即泵吸油口處的吸油絕對(duì)壓力p₂不能過(guò)低，否則在絕對(duì)壓力低于油液的空氣分離壓p_g時(shí)，將使溶于油液中的空氣分離析出形成氣穴，導(dǎo)致汽蝕。因此，必須限制液壓泵吸油口的真空度或增大吸油口壓力。所以容易看出，限制液壓泵吸油口真空度或增大吸油口壓力的措施除增大吸油管直徑、縮短吸油管長(zhǎng)度、減少局部阻力使（ρv 2₂）/2和△p兩項(xiàng)降低外，要對(duì)液壓泵的吸油高度H_s進(jìn)行限制，各類(lèi)液壓泵的吸油高度不同，一般取H_s≤0.5m。若將液壓泵安裝在油箱液面以下形成倒灌（此時(shí)H_s為負(fù)值），對(duì)降低液壓泵吸油口的真空度更為有利。

歸納上例可知，在液壓泵轉(zhuǎn)速一定的情況下，為了避免汽蝕的發(fā)生，應(yīng)盡量增大液壓泵吸油口總壓力，具體可從下列幾個(gè)方面人手。

①加大泵的吸入管道直徑，以降低液流速度。

②盡量縮短液壓泵與油箱液面之間的高度（一般泵的使用規(guī)范均有技術(shù)數(shù)據(jù)規(guī)定）。

③吸油管端采用較大容量的過(guò)濾器，將液壓泵浸入油箱的油液中（圖N）以減少阻力損失。

④大流量泵采用高架油箱，即將油箱安裝在液壓泵的上方（圖O），形成倒灌。

⑤設(shè)置輔助泵，將一定壓力的油液輸送到主液壓泵的吸人口。例如圖P所示的液壓系統(tǒng)，輔助泵1同時(shí)向主液壓泵2和3（兩者由同一液壓馬達(dá)4驅(qū)動(dòng)）的吸人口提供壓力油，該吸入壓力由溢流閥5設(shè)定。泵2和泵3的排油壓力最大值分別由溢流閥6和7設(shè)定。

⑥采用充壓油箱，即將油箱封閉，并向油箱內(nèi)通入低壓空氣。如圖Q所示為充壓式油箱的組成及原理：液壓泵2從完全封閉的油箱9吸油，油箱通入經(jīng)過(guò)濾和干燥的空氣，充氣壓力（比大氣壓力稍高）由減壓閥5設(shè)定，通常為0.05～0.07MPa，為了防止壓力不當(dāng)，設(shè)有氣壓安全閥4和電接觸式壓力表3及報(bào)警器。由于提高油箱壓力增加了油液中空氣的含量，因此充壓油箱僅用于確實(shí)必要的特殊場(chǎng)合（例如噴氣式載客飛機(jī)液壓系統(tǒng)等）。

⑦對(duì)于低溫場(chǎng)合使用的泵，應(yīng)對(duì)其油箱中的油液采取加溫措施，以避免因油溫低、黏度大，而發(fā)生汽蝕。

應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，液壓泵的吸人性能僅和泵本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)。齒輪泵和螺桿泵的進(jìn)口流道比較暢通，因而吸人性能較好。葉片泵和柱塞泵由于進(jìn)口配流機(jī)構(gòu)的阻力，吸人性能較差。閥式配油柱塞泵進(jìn)口配流閥的流動(dòng)阻力最大，吸人性能最差。