电液伺服系统气泡的危害

电液伺服系统中要求液压油的清洁度达到NAS3～8级，但对油液中空气含量一直没有具体要求。在很多重要领域，液压油中气体含量增加可导致整机的工作异常。在此介绍电液伺服系统油液中气泡的危害和设计中的预防措施。

1．气泡的危害

由于电液伺服系统在大气压环境下工作，因此系统油液中掺人空气是不可避免的。油液中掺人空气的方式有两种：一种是掺混空气；另一种是溶解空气。掺混空气主要是空气通过油箱和泵的吸人管掺混油内，以球状气泡悬浮于油液中，这时的油液成了气泡油。溶解空气则是空气已溶解于油液中。在一定温度下，气体在油液中的溶解度与油液的压力成正比，即压力越高，溶解于油液中的气体含量越高。这些空气随油液流动，一旦流到某处压力下降到低于油液的空气分离压时，油液中的溶解空气就将分离析出，形成大量气泡，这种现象称气穴。

当电液伺服系统的油液含有气泡时，流动着的油液就变成气液两相流。其体积弹性模量和系统固有频率骤减，系统动态响应大大降低，严重影响系统的控制精度。如油液中混入1%的空气，则油液的体积弹性模量降低到无空气液压油的35.6%，系统固有频率降低到无空气液压油的59.7%。此时电液伺服系统可能出现刚性下降，反应迟钝的现象。除此之外，油液中的气泡还将给电液伺服系统带来如下的危害。

(1)液压元件因气蚀而损坏。气穴现象产生的气泡在元件金属边壁附近溃灭时，周围油液以很快的速度流向溃灭中心，会对金属边壁产生较大的局部冲击力，瞬间压力可高达数百甚至数千兆帕。大量气泡溃灭时使金属边壁反复受到剧烈冲击而引起疲劳破坏，使元件表面产生麻蚀和剥离脱落。

(2)产生噪声、振动和冲击。当携带气泡的油液流到压力较高处，气泡瞬时被压破而产生噪声。同时大量气泡溃灭会引起较大的压力波动，使系统产生振动、冲击。

  (3)油质劣化。油液中含有空气时油液的压缩性增大。在压缩油液过程中消耗能量，并且使油液局部温度升高，油液和各种添加剂受到破坏，产生游离碳、酸质和胶泥状沉淀物，加快了油质的劣化，并可能对金属产生化学腐蚀作用。

2．气穴产生的部位

从设计开始预防，抓好安装质量，*可以避免气穴的产生。为在电液伺服系统设计中防止空气的掺入，必须掌握空气掺人的条件及容易发生的部位。

(1)泵的吸油口。当吸油管内的阻力过大，液压泵入口处的压力降至空气分离压以下时就会发生气穴。应避免进油口压力损失过大液压泵转速过高或吸油管过细。

(2)液压执行器。在电液伺服阀控液压缸或电液伺服阀控马达系统中，负载对于电液伺服阀的响应会因惯性产生相位滞后，尤其在高频时更明显，使得由阀口进入液压缸或马达的油液不够填满活塞或柱塞运动后所空出的容积，出现低压区而产生气穴。

(3)控制阀等的节流口附近。当油液经节流孔或阀口（如电液伺服阀）时易形成高速射流，其压力下降而产生气穴。据资料报道，一个具有薄壁小孔的节流装置，小孔前后的压力比大于3.5时，就会发生气穴。

3．预防措施

(1)合理设计油箱。设计油箱及选择油箱附件时应考虑以下问题：①确定油箱的容积和计算设备用油量时，应保证在zui低油面时有足够的油量，使液压泵吸油管口不致露出油面而吸入空气；②泵的吸油口与回油口的距离应尽可能远，管口应插在zui低液面以下，以免发生吸油和回油的冲溅而产生气泡；③油箱中应设置隔板，将吸油和回油管分开，使液流绕行，以便气泡从油液中分离；④空气滤清器的通气流量应大于同时工作的分支液压泵总流量，以防止油箱内形成真空而析出气泡；⑤系统的回油管或回油过滤器宜带扩散器装置，防止回油冲溅产生气泡。

(2)合理选择液压油。①油的黏度不宜过高：一般根据液压泵的要求及系统压力、环境温度等因素来确定油的黏度，处在寒冷环境中的液压设备，采用低温（稠化）液压油，必要时，可考虑安装电加热装置；②选用抗泡沫性好的油品。

(3)合理设计和布置管路。①油管应尽量短，其直径足够大，泵的吸油高度应不超过规定值；②管路的直径应根据管内流速的推荐值来确定，弯头及弯管应尽量少；③管路的zui高位置有排气装置；④各泄漏油管不应与回油管连在一起，应单独回油井插在油箱zui低液面以下。

(4)合理设计液压回路。①为防止电液伺服阀口附近产生气穴，尽量使阀满足前后压差比小于3.5，特殊情况，可考虑采用消除或降低可能产生气穴的结构；②对垂直或倾斜安装、靠自重下行的液压缸，设计下行回路时宜考虑对上腔适当加压，以保证上腔充满油液。

  (5)注意电液伺服系统的日常维护。为防止气泡的产生，应注意如下问题：

①经常检查吸油口的状况，必要时清洗或更换吸油过滤器；②检查各吸油管部分接头、焊缝的密封；③检查油箱液位；④定期对液压缸及相关管路进行排气；⑤如条件许可，可配备除气装置。