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REXROTH柱塞泵氣蝕現(xiàn)象及控制
由于REXROTH柱塞泵在局部會(huì)產(chǎn)生的瞬時(shí)壓力和高溫,當(dāng)潰滅發(fā)生在固體表面附近時(shí),不斷潰滅的氣泡所產(chǎn)生的壓力和高溫反復(fù)作用就會(huì)破壞固體表面,導(dǎo)致氣蝕,又稱空蝕,且氣泡潰滅時(shí)伴有強(qiáng)烈的噪聲和振動(dòng),并伴隨有微弱的光,對(duì)液壓系統(tǒng)和元件的工作性能、壽命和效率都有極大的影響。
1、REXROTH柱塞泵中氣穴及氣蝕易發(fā)生位置
柱塞泵的氣穴現(xiàn)象研究多集中在吸油氣穴,即由于吸油阻力太大或泵的轉(zhuǎn)速太高而導(dǎo)致柱塞腔中真空度太大而出現(xiàn)的氣穴現(xiàn)象,通常忽略了柱塞腔配流過(guò)渡過(guò)程中產(chǎn)生氣泡的過(guò)程及危害,傳統(tǒng)觀念認(rèn)為瞬時(shí)真空產(chǎn)生的時(shí)間很短,來(lái)不及生成足夠大直徑的氣泡從而不會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的氣穴及氣蝕現(xiàn)象。但實(shí)際情況是,在高壓條件下(目前高壓柱塞泵的額定壓力已達(dá)35 MPa),小直徑的氣泡破裂也會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的氣蝕破壞和噪聲,所以,在減小吸油區(qū)氣穴含量的基礎(chǔ)上,應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注液壓泵在高壓和超高壓工況下,柱塞腔吸排油過(guò)渡過(guò)程中氣穴及氣蝕的控制。
為減小配流沖擊、降低噪聲,高壓柱塞泵的柱塞腔在吸排油轉(zhuǎn)換的過(guò)程中必須進(jìn)行預(yù)升壓和預(yù)卸壓,預(yù)升壓過(guò)程是柱塞腔機(jī)械閉死壓縮和通過(guò)減振三角槽從排油口引入高壓油實(shí)現(xiàn)的;預(yù)卸壓過(guò)程是柱塞腔機(jī)械閉死膨脹和通過(guò)減振三角槽引出高壓油到吸油口實(shí)現(xiàn)的,由于預(yù)升壓和預(yù)卸壓過(guò)程中,減振三角槽的兩端均作用較大的變化的壓差,減振三角槽中的油液產(chǎn)生較大速度的壓差流,根據(jù)伯努利能量守恒方程,動(dòng)能大的地方壓力能必定低,所以減振三角槽中將會(huì)有低壓區(qū)出現(xiàn),壓力低于油液的空氣分離壓時(shí),溶解在油液中的氣體析出,形成氣穴,氣泡再破裂時(shí)將產(chǎn)生氣蝕,從而破壞配流盤和缸體表面。
1.REXROTH柱塞泵流場(chǎng)可視化試驗(yàn)間接顯示氣穴位置
由于直接對(duì)REXROTH柱塞泵配流盤上減振槽中油液流動(dòng)進(jìn)行氣穴顯示試驗(yàn)的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)難度太大,又考慮到柱塞泵的配流盤上減振槽和非全周開(kāi)口滑閥中的節(jié)流槽的結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程相似,所以,對(duì)透明液壓閥中節(jié)流槽中流動(dòng)氣穴可視化試驗(yàn)進(jìn)行討論。
節(jié)流槽有兩種典型結(jié)構(gòu):第一種是具有等截面段的節(jié)流槽,其截面形狀可以是矩形、三角形、梯形等,節(jié)流槽截面為矩形,稱為U形節(jié)流槽(或U形槽);第二種為漸擴(kuò)形節(jié)流槽,其截面形狀也可以有多種,常見(jiàn)的為三角形截面,稱為V形節(jié)流槽(或V形槽)。圖1給出了節(jié)流槽的結(jié)構(gòu)特征,圖中標(biāo)示的流向?yàn)榱魅敕较騌EXROTH柱塞泵。柱塞泵配流盤上的減振槽多用V形槽,圖2給出了V形槽在流入和流出方向時(shí)的氣穴顯示結(jié)果。
由REXROTH柱塞泵可見(jiàn):氣穴出現(xiàn)在V形槽的節(jié)流邊后部,此位置與流體脫離壁面的位置重合,氣泡由閥口后部的流體分離位置析出,并隨流束運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中有所成長(zhǎng),然后在節(jié)流槽下游的閥腔中潰滅消失。
1.REXROTH柱塞泵配流盤氣蝕破壞顯示氣穴位置
一些柱塞泵在實(shí)際使用中會(huì)發(fā)生較嚴(yán)重的氣蝕損壞,圖3是典型的配流盤氣蝕損壞情況。
REXROTH柱塞泵可見(jiàn):在預(yù)升壓過(guò)程中,配流盤上對(duì)應(yīng)于減振三角槽的區(qū)域中產(chǎn)生了嚴(yán)重的氣穴和氣蝕現(xiàn)象,在預(yù)升壓過(guò)程中,減振三角槽中油液是流出三角槽方向,氣泡產(chǎn)生于減振三角槽的頭部,并隨著油液的射流進(jìn)入柱塞腔中,隨著缸體和柱塞腔的轉(zhuǎn)動(dòng),部分氣泡回流到配流盤表面當(dāng)柱塞腔中油液的壓力升高時(shí)就產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象。預(yù)升壓過(guò)程中氣泡回流機(jī)制可用
可見(jiàn):預(yù)升壓減振槽中的射流將氣泡帶到柱塞腔配流窗孔中,射流在配流窗孔內(nèi)的固體壁面附近形成回流,將部分氣泡帶到配流盤表面,氣泡潰滅時(shí)產(chǎn)生的高壓和高溫在配流盤表面形成蝕坑,同時(shí)產(chǎn)生灼燒。
2、REXROTH柱塞泵中氣蝕的控制方法
REXROTH柱塞泵中的氣蝕控制分為主動(dòng)控制和被動(dòng)控制兩種方法,被動(dòng)控制就是提高配流盤和缸體材料的強(qiáng)度以及零件表面的光潔度和硬度,以減弱氣蝕造成的損壞程度。
氣蝕的主動(dòng)控制有兩種方法:一是減小減振槽中氣穴產(chǎn)生的體積含量,二是控制氣穴發(fā)生的區(qū)域即讓氣泡遠(yuǎn)離配流盤和缸體的表面,在減振槽或柱塞腔油液中出現(xiàn)和破裂,避免對(duì)配流盤和缸體表面造成破壞,如圖5所示。
REXROTH柱塞泵中改變了預(yù)升壓減振槽中油液流出的射流角度,使得氣穴遠(yuǎn)離配流盤和缸體表面破裂,從而減小了氣蝕破壞。
3、REXROTH柱塞泵抗氣蝕配流盤結(jié)構(gòu)特征分析
REXROTH柱塞泵抗氣蝕配流盤結(jié)構(gòu)特征分析見(jiàn)表1,部分國(guó)內(nèi)外抗氣蝕配流盤技術(shù)對(duì)比分析見(jiàn)表2。由表1和表2可見(jiàn):現(xiàn)有產(chǎn)品和技術(shù)均通過(guò)增大減振三角槽的射流角或在槽中加工阻尼孔加入擾動(dòng)射流來(lái)改變氣穴的出現(xiàn)位置來(lái)減小氣蝕的破壞程度。
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