專利名稱:液壓系統(tǒng)中消除氣穴的方法和裝置的制作方法
本發(fā)明涉及液壓系統(tǒng)中消除氣穴的方法和裝置。
在液壓系統(tǒng)中，流速和壓力改變的部位是很多的。當某處的壓力降至油液的氣體分離壓時就會產(chǎn)生氣穴。
氣穴發(fā)生后，隨油流入較高壓力區(qū)時破滅，破滅時產(chǎn)生局部的高壓和高溫。由于高溫促使油液密度和粘度下降，并使油液發(fā)生氧化、酸化逐步變質(zhì)，從而縮短油的使用壽命;同時對液壓部件產(chǎn)生物理化學(xué)性點蝕。高壓點不斷打擊部件的表面，使之產(chǎn)生疲勞性點蝕，二種點蝕總稱為氣穴腐蝕。這樣長期下去使部件遭受損壞。
氣穴的產(chǎn)生，還使液壓系統(tǒng)產(chǎn)生振動和噪聲，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變壞，油缸的剛度、執(zhí)行件的動作精度和油泵容積效率都下降，節(jié)流部位產(chǎn)生氣穴阻塞和使系統(tǒng)的動態(tài)性能變壞等嚴重問題。
因此，氣穴現(xiàn)象被從事液壓研究、液壓工業(yè)和應(yīng)用領(lǐng)域中的人們所重視，但至今對氣穴問題還沒有獲得令人滿意的解決途徑。
本發(fā)明以前，日本特許庭公開了一種液壓裝置(JP-A-58-119305)，該裝置是在油泵及系統(tǒng)運行過程當中除氣，即動態(tài)除氣。但是，當有效地除去油中溶解氣體時，勢必使油箱壓力很低，這樣油泵的工作條件就會嚴重惡化，甚至不能正常運行。若為了使油泵能正常運行，就必須使油箱壓力升高，但是不能有效地消除油中氣體。因此，該裝置是沒有實用價值的。
此外，在美國專利局授于Cullen的US-A-4，052，852專利中，其密封油箱中使用了皮囊。但在該發(fā)明中是向皮囊充氣，使其漲大，用以提高油箱的壓力，從而改善油泵的吸油能力，這與消除液壓系統(tǒng)中氣穴無關(guān)。
本發(fā)明的目的旨在提供一種能較完全地消除氣穴的積極方法和有實用價值的裝置。
本發(fā)明的要點是利用了混合及溶解于油中的氣體、水分和易揮發(fā)物的分離壓與油的飽和蒸氣壓相差很大這一特點，通過容積變化方法和真空技術(shù)，將空氣、水分和易揮發(fā)物迅速從油中分離出去的一種液壓油預(yù)處理方法。由于排除了空氣、水分和易揮發(fā)物，氣穴就不會產(chǎn)生。由于本發(fā)明采用靜態(tài)處理方法，不僅能確保將液壓油中的空氣、水分、易揮發(fā)物較完全地清除出去，而且能確保油泵入口的各種工作壓力，因此具有很大的實用價值。根據(jù)這種方法，本發(fā)明設(shè)計了相應(yīng)的液壓油靜態(tài)預(yù)處理裝置，該裝置主要包括密封式容器、脫氣器、容積變化器、溫度控制器以及輸入和輸出液壓油管路。
以下結(jié)合附圖通過最佳實施例對本發(fā)明作進一步詳細敘述附圖1為本裝置結(jié)構(gòu)原理示意圖。其中密封式容器即密封式油箱(1)，頂部接出管路與真空截止閥(6)相接通，閥(6)與四通相接通，四通的其它三通道分別與真空截止閥(7)、(8)、(9)相接通。閥(7)與真空壓力表(5)相接;閥(8)與真空泵(4)相接通;閥(9)與控制管路(圖中虛線所示)相接至三通。三通的另一接口與截止閥(10)相接，閥(10)與氣源(3)相接通，三通的其余一個通口與氣囊(2)相接通。氣囊外有限位罩(11)。圖中(1)為密封式容器即密封式油箱;真空泵(4)、真空壓力表(5)、真空截止閥(6)、(7)、(8)和(9)共同組成脫氣器;氣囊(2)、氣源(3)、截止閥(9)、(10)和限位罩(11)共同組成容積變化器;(14)為溫度控制器。
密封式容器即密封式油箱(1)，其上部內(nèi)壁呈凸起形狀或向上傾斜的其它形式，以便氣體向頂部集中排出。氣囊的要求如下它不僅要求能脹大，而且要求能縮小;其大小能滿足系統(tǒng)執(zhí)行件對油量變化要求;其材料要富有彈性和耐油性;氣囊的密封性能要好，不允許氣囊中氣體進入油中;氣囊可以是袋形、多重折疊式袋或波紋管形。氣囊可以是皮囊，也可以是橡皮膜、金屬膜、金屬波紋管、活塞和蓄能器等。限位罩(11)是為了保護氣囊，以避免過分膨脹而損壞，同時能保證油順利進出。油溫控制器(14)能使油箱有合適的控制溫度。(12)為泵回油管，(13)為泵(17)的供油管，若系統(tǒng)不能滿足真空要求，則可在(12)、(13)處加置能滿足真空要求的二通閥。(16)為加油口的截止閥。在主油泵(17)需加壓強迫供油的情況下，若泵軸的密封不能耐受泵進口供油壓力(這里指容器壓力)，則可據(jù)泵的泄漏油選用小型變量泵(15)強迫泄油。本裝置要求有良好的密封性能。
容積變化器為本發(fā)明重要特征之一，須進一步說明在油箱加油之前，使皮囊內(nèi)有一定壓力，例如和大氣壓大致相等，然后關(guān)閉閥(10)和(9)，使氣囊中有一定量的氣體，經(jīng)(16)加油并經(jīng)(6)、(8)同時放氣，一直加油至容器頂端，即除氣囊外的整個油箱空間都充滿油。然后關(guān)閉(6)，打開閥(8)和(9)，起動真空泵(4)，氣囊(2)中的氣體被抽出而體積減小，這樣使容器中油面下降，在頂部形成具有一定負壓和一定真空度的空間，該負壓要調(diào)整到適當?shù)某潭?，以至于使得油中的氣體、水分、易揮發(fā)物逸出到這個空間中，而液壓油基本不揮發(fā)。接著打開閥(6)，同時對皮囊和頂部空間抽真空，要適當調(diào)整和控制皮囊及頂部空間的壓力，使作用于皮囊和頂部空間的抽真空力基本平衡，這樣油面不會變化很大，即依然保持著頂部空間，而同時確保液壓油不會被真空泵抽出。要抽到溶解于油中空氣的分離壓以下，并維持一定的時間，直至油中氣體抽完為止。然后關(guān)閉閥(6)和(9)，這時容器中壓力很低，為了使油泵能正常工作，必須打開閥(10)，使皮囊中分階段地逐步重新充入氣體，這樣密封油箱就恢復(fù)了壓力。若油泵需強迫供油，可啟動泵(3)向皮囊充壓，直至密封油箱中的壓力符合油泵的工作壓力為止。因此容積變化器起了減小體積確保抽真空和增大體積確保油泵工作壓力的雙重作用。這種靜態(tài)除氣方法，不僅能排除油中的氣體、水分和易揮發(fā)物，并能保證抽盡氣體后，油液壓力符合油泵入口任意的工作壓力。
抽真空的范圍一般在700毫米汞柱至油的飽和蒸汽壓(常溫下約為10-3至10-4毫米汞柱)之間，而空氣在液壓油中的分離壓一般在50毫米汞柱左右，因此，最佳真空度可選擇在50毫米汞柱至10-1毫米汞柱之間。
為了確保液壓油在最佳真空度時消除氣穴的良好效果，可采取閥〔10〕逐步打開緩慢充氣的方法。此時可重新打開閥〔6〕，對密封容器頂部空間中殘留的微量氣體、水分和易揮發(fā)物繼續(xù)通過真空泵抽取，使它們不會隨著容器內(nèi)壓力逐步恢復(fù)的同時重新溶解到液壓油之中。但要注意油面的高度，當油面到達頂部以前及時關(guān)閉閥〔6〕，以避免把液壓油抽入真空泵系統(tǒng)之中。
本發(fā)明裝置的通用性和經(jīng)濟性還表現(xiàn)在可將本裝置在供油管(13)處斷開，分離成一個獨立的可移動的液壓油的預(yù)處理裝置，但必須對一般液壓系統(tǒng)及本裝置作如下的改變1.一般液壓系統(tǒng)必須密封。并在油箱中加進可充氣的氣囊。因為系統(tǒng)中供油量發(fā)生變化時，油箱將發(fā)生壓力變化(系統(tǒng)供油多時密封油箱將產(chǎn)生負壓)，有了氣囊和氣源就能保證系統(tǒng)供油變化和油泵的工作壓力。
2.在供油管(13)處加上一個小型供油泵。泵進油口連通本裝置的油箱;泵出油口裝有符合抽真空要求的節(jié)流閥，節(jié)流閥出口裝有與系統(tǒng)對接的接頭。
3.這時裝置可做為自由移動式，能滿足前面所述的各個液壓系統(tǒng)用油分別進行預(yù)處理的要求。
4.這時本裝置還可與各種濾油器或其它種類凈油裝置相組合，構(gòu)成各種類型的液壓油凈化及消除氣穴的予處理組合裝置，以滿足各種精度液壓系統(tǒng)的需要。
本裝置的操作方法和過程如下1.加油過程在氣囊(2)中的壓力與大氣壓大致相等的條件下，關(guān)閉閥(9)和(10)。然后打開加油口截止閥(16)，使油箱即密封容器(1)加滿油;同時起動主油泵(17)和變量泵(15)，使整個系統(tǒng)(18)充滿油;停泵(15)和(17)，再如上所述將油箱(1)加滿油，直至封頭頂端。
2.脫氣體、水分和易揮發(fā)物過程關(guān)閉閥(10)和(16)，打開閥(6)、(7)、(8)和(9)，起動真空泵(4)，使真空壓力表(5)的真空度在50毫米汞柱至油的飽和蒸汽壓之間(根據(jù)不同介質(zhì)視需要而定)，適當延長一段時間后，再關(guān)閉閥(8)和(9)，停真空泵(4)，若油的粘度較高，在抽真空的同時，利用油溫控制器(14)，適當加溫，使氣體、水分和易揮發(fā)物迅速逸出。
3.容積變化過程打開閥(10)使氣囊(2)充氣，讓油箱內(nèi)恢復(fù)壓力和增加壓力，直至壓力表(5)的壓力指示符合主油泵(17)所需供油壓力為止。對油泵(17)入口只需大氣壓供油的情況，壓力表(5)指示壓力應(yīng)比一個大氣壓稍高0.2至0.1個大氣壓，以確保氣囊(2)動作靈敏，同時防止空氣進入系統(tǒng)內(nèi)。
4.給系統(tǒng)換成已排除氣體、水分和易揮發(fā)物的油的過程起動主油泵(17)，使系統(tǒng)(18)中的油換成已排除氣體、水分和易揮發(fā)物的油。系統(tǒng)(18)中的油由回油管(12)返回油箱(1)重復(fù)上述的2到4的過程，使整個系統(tǒng)中的油達到無氣體、水分和易揮發(fā)物要求時為止。然后讓無氣體、水分和易揮發(fā)物的油在密封的系統(tǒng)中運行。
本發(fā)明可以消除液壓系統(tǒng)中液壓油的氣穴，甚至油中空氣量可以達到1%以下，并可消除油箱泡沫，因而可消除氣穴腐蝕，延長整個液壓系統(tǒng)的壽命和液壓油壽命?？梢蕴岣弑玫娜莘e效率，提高油泵的特征值Cp的極限值〔Cp＝N·D＝n·g1/3，其中N為轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分)，D為特征尺寸，g為泵排量(厘米3/轉(zhuǎn))〕，因而可突破油泵的極限轉(zhuǎn)速和泵量，為油泵高轉(zhuǎn)速、大流量、微型化提供了前提。還可以進一步提高油缸的剛性和動作精確性。以及控制閥門的穩(wěn)定性和精確性。改善各執(zhí)行元件的動作精確性和可靠性?？山档驮肼暋⒄駝?、使系統(tǒng)工作穩(wěn)定，動態(tài)性能更好，防止節(jié)流孔道氣穴阻塞，放寬對節(jié)流孔道前后壓力比的設(shè)計限制，從而達到高速化。如對精密鏡面平面磨床而言，爬行問題至今未能解決，而導(dǎo)軌的爬行除了導(dǎo)軌磨擦力變化外，另一種主要原因是油缸內(nèi)油的氣穴引起液壓油剛性變化的結(jié)果。氣穴的噪聲及氣穴引起的微小振動使磨床穩(wěn)定性不理想，因此，氣穴問題的解決使精密磨床的加工精度得到進一步提高。
本發(fā)明的油箱可作增壓油箱用，這不僅對油泵供油有利，而且可使油泵轉(zhuǎn)速和效率提高。在油泵需強迫供油的情況下，可省去強迫供油泵，因而可簡化設(shè)備、降低成本。另外油箱要求密封，這樣可防止外界對油的污染。
本發(fā)明的方法及其裝置除了要求系統(tǒng)有良好的密封外，沒有難于辦到的要求。設(shè)備簡單，成本低廉，操作簡便，易于實施。
本發(fā)明對能滿足密封要求的液壓系統(tǒng)不必作很多改動，只要將原有的油箱改換成本裝置即可，因而它不僅適用新設(shè)計制造的液壓系統(tǒng)，而且適用于已經(jīng)在使用中的液壓系統(tǒng)的改進。
權(quán)利要求
1.一種消除液壓系統(tǒng)中氣穴的方法，該方法包括以下步驟a.在與密封油箱相連接的容積變化器處于壓力條件下，將液壓油注滿整個密封油箱；b.對容積變化器抽真空，使液壓油中的氣體、水份和易揮發(fā)物分離出、逸散在密封箱的頂部空間，而液壓油并不揮發(fā)；c.對密封油箱內(nèi)的頂部空間和容積變化器同時抽真空，使密封箱內(nèi)的真空力在基本平衡的條件下，將液壓油中的氣體、水份及易揮發(fā)物排出密封油箱外，而液壓油不被抽走；d.逐步對容積變化器加壓，直至密封油箱內(nèi)達到所需要的工作壓力。
2.按照權(quán)利要求
1所述的消除氣穴的方法，其特征在于將液壓油注滿密封油箱時，容積變化器內(nèi)的壓力大約等于大氣壓。
3.按照權(quán)利要求
1所述的消除氣穴的方法，其特征在于對容積變化器抽真空時，其真空度在700毫米汞柱和油的飽和蒸氣壓之間。
4.按照權(quán)利要求
3所述的消除氣穴的方法，其特征在于對容積變化器抽真空時，其真空度在50毫米汞柱至10-1毫米汞柱之間。
5.按照權(quán)利要求
1所述的消除液壓系統(tǒng)中氣穴的方法，其特征在于對容積變化器加壓以達到密封箱內(nèi)的工作壓力時，可同時對殘留在密封油箱頂部的氣體、水份和易揮物有節(jié)制的繼續(xù)抽真空。
6.一種消除液壓系統(tǒng)中氣穴的裝置，該裝置包括密封式油箱，其上部內(nèi)壁為向外凸起的形狀;脫氣器，它與密封油箱的頂部相連通，該脫氣器包括控制管路、真空截止閥、真空泵和相應(yīng)的測量儀表，用來產(chǎn)生真空以便排除液壓油中的空氣、水份及易揮發(fā)物;容積變化器，它與密封油箱裝配在一起，該變化器包括能變化容積的氣囊，氣囊通過控制閥連通氣源以及和脫氣器相連通的控制管道，通過變化氣囊的容積來調(diào)節(jié)和控制密封油箱內(nèi)的壓力和油量。該裝置既可做為可移動式予處理裝置，對液壓系統(tǒng)進行換油;也可做為獨立的液壓泵站。
7.按照權(quán)利要求
6所述的消除液壓系統(tǒng)中氣穴的裝置，其特征在于容積變化器中的氣囊安裝于密封油箱內(nèi)的下部，氣囊外有限位保護罩。
8.按照權(quán)利要求
6所述的裝置，其特征在于密封油箱的上部內(nèi)壁是半球形。
專利摘要
液壓系統(tǒng)中消除氣穴的方法及裝置是基于液壓油中氣體、水分和易揮發(fā)物分離壓與油的飽和蒸汽壓相差很大這一特點，通過真空及適當加溫辦法將油中形成氣穴的氣體、易揮發(fā)物和水分迅速離出去，再利用容量變化辦法對液壓油加壓使之達到所需的工作壓力，然后讓液壓油在密封的液壓系統(tǒng)中運行。根據(jù)上述方法而設(shè)計了本發(fā)明的一種裝置，它包括密封式容器、脫氣器和容量變化器三大部分。本發(fā)明是一種能完全消除液壓系統(tǒng)中氣穴現(xiàn)象的積極方法，其裝置結(jié)構(gòu)簡單操作簡便易于實施。
文檔編號F15B21/04GK85104763SQ85104763
公開日1987年1月28日 申請日期1985年6月13日
發(fā)明者沈漢石 申請人:沈漢石導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan