基于數(shù)控機床液壓系統(tǒng)中氣泡危害的研究

　　機床是所有機械生產(chǎn)的基礎(chǔ)，而數(shù)控技術(shù)是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)，它的廣泛應(yīng)用使普通機床逐漸的被數(shù)控機床所代替。眾所周知业扒，衡量機床質(zhì)量的1個重要指標(biāo)就是：工序能力指數(shù)(CP值) 检吆。設(shè)計機床時在考慮如何保證工序能力指數(shù)(CP值) ，可能更多關(guān)心的是：選用好的主軸系統(tǒng)程储，導(dǎo)軌的幾何精度高等蹭沛。往往忽略了由于液壓系統(tǒng)性能造成的加工工序的能力指數(shù)(CP值)嚴(yán)重下降的問題。研究表明：液壓系統(tǒng)中氣泡是影響工序能力指數(shù)(CP值)最重要的因數(shù)之一章鲤。為了提高數(shù)控機床的加工工序能力指數(shù)摊灭，必須要去除液壓系統(tǒng)中的氣泡。 

　　1　液壓系統(tǒng)中氣泡的來源及危害  

　　液壓系統(tǒng)中氣泡的來源    

　　數(shù)控機床常用的液壓系統(tǒng)為開放式液壓系統(tǒng)败徊，液壓油中含有空氣是不可避免的帚呼。液壓油中的空氣稱為摻混空氣，摻混空氣以直徑很小的球狀氣泡懸浮于油中侣豌，主要是通過油箱與泵的吸入管摻混入油內(nèi)皮向。例如：油箱油面太低、泵吸入管口半露于油面或淹深很淺時幼浩、泵的進油管路漏氣盘荸、系統(tǒng)回油管口高于油箱油面、高速噴射的系統(tǒng)回油等乐太，都可能使空氣進入油中宛蒲。油被油泵帶入系統(tǒng)的同時空氣也就進入了液壓系統(tǒng)膀琐。由于油液中空氣的含量隨壓力的增加而增加莉孽，當(dāng)溶解了一定數(shù)量的空氣處于飽和狀態(tài)的油液流經(jīng)節(jié)流口或泵入口段，當(dāng)絕對壓力下降到油液的空氣分離壓時苦旋，油液中過飽和的空氣就會被析出火晕，使本來溶解于油中的微細(xì)氣泡聚集成較大的氣泡出現(xiàn)在液壓系統(tǒng)中。   

　　氣泡對數(shù)控機床液壓系統(tǒng)的危害    

　　數(shù)控機床的液壓系統(tǒng)控制著機床器件表面的精細(xì)動作偏秦，所以數(shù)控機床液壓系統(tǒng)的性能直接影響被加工件的質(zhì)量液珠。而液壓油中氣泡是影響液壓系統(tǒng)性能最主要的原因。主要體現(xiàn)在幾個方面： ①影響油液的連續(xù)性慰适，使系統(tǒng)工作不良防弧。如：自動控制失靈弓叛、工作機構(gòu)產(chǎn)生間歇運動使被加工件的廢品率增大、產(chǎn)品的精度差要销、產(chǎn)品的質(zhì)量不穩(wěn)定、損壞模具等夏块。②氣泡還可能引起機床的誤動作而引發(fā)機械及人身事故疏咐。③油溫升高會導(dǎo)致工序能力指數(shù)下降，還會加速油液的氧化脐供、降低油液的潤滑性能浑塞、加速密封元件的老化等借跪。④導(dǎo)致氣蝕的發(fā)生。由于液體質(zhì)點間相互碰撞產(chǎn)生局部高壓形成液壓沖擊酌壕，使局部壓力升高可達數(shù)百甚至上千個大氣壓力掏愁。如果這種局部液壓沖擊作用在零件的金屬表面上，使金屬表面產(chǎn)生腐蝕將對液壓系統(tǒng)的危害性很大仅孩。⑤氣穴現(xiàn)象會引起振動和噪音托猩，不但對影響機床的性能還會造成人身傷害。   

　　2 傳統(tǒng)氣泡去除方法 

　　常用的氣泡去除方法總是在油箱上下工夫责名，即利用液壓系統(tǒng)中必備的油箱進行氣泡的去除溶迹，例如在油箱設(shè)計時讓其水平截面積大于油液深度、設(shè)置隔板延長油液在油箱中停留的時間液炼、進出油口盡量設(shè)置得遠(yuǎn)些以及體積要大等剩织。從原理上來看就是靠氣泡自身的浮力自行浮到液面而容入大氣。由于氣泡的直徑很小約0.25～0.5mm枕络，而油液對氣泡有摩擦阻力硬拴。根據(jù)斯托克斯法可知氣泡上浮速度與氣泡大小成正比，與油液粘度成反比搜澈，如直徑為0.3mm的氣泡在粘度為10<SUP>-4</SUP>m<SUP>2</SUP>/s的油液中每分鐘只上浮30mm魁济，所以靠自浮去除效果很差。 

　　3 氣泡去除器  

　　基本結(jié)構(gòu)與原理：氣泡去除器的基本結(jié)構(gòu)與原理乏傀。主要由進油腔孙已、工作腔、導(dǎo)向葉輪杆坪、出油腔及排氣管等組成淋袖。當(dāng)油液從導(dǎo)向葉輪的切線方向進入油腔時，以一定的動能沖向?qū)蜉喨~片锯梁，在導(dǎo)向葉輪的作用下即碗，油液作螺旋加速運動，由于油液密度大于氣泡密度陌凳，在離心力的作用下剥懒，氣泡向中心軸線處聚集，中心軸線上的壓力隨著液體螺旋加速度的增加而遞減合敦，在工作腔最小直徑處的中心壓力最低初橘，氣泡在中心軸線上的壓差和接近中心液流的連帶作用下向工作腔最小直徑處運動聚集，在工作腔與排油腔結(jié)合處的右側(cè)附近蛤肌，液流由于沒有螺旋運動壁却，所以此處的壓力高于出油腔入口處的壓力，大量聚積起來的氣體在壓力的作用下通過排氣管排出裝置之外裸准。 

　　將油液在去除裝置中流過的路徑分為4段展东。①01段為進油腔(內(nèi)裝導(dǎo)向葉輪) 赔硫。其中對應(yīng)的兩線段分別是： 0′1′為軸線方向的壓力值; 0″1″為軸線方向原有氣泡含量。②12段為工作腔盐肃。其中對應(yīng)的兩線段分別是: 1′2′為軸線中心處的壓力變化趨勢; 1″2″為軸線中心處的氣泡析出量變化趨勢估浴。③23為排氣段(為出油腔右側(cè)很小一部分) 。其中對應(yīng)的兩條線段分別是: 2′3′為軸線中心處的壓力變化趨勢; 2″3為排出氣體量變化趨勢锚倦。④34段為出油腔酒管。其中對應(yīng)的3′4為氣泡排除后油液流經(jīng)出油腔的壓力變化趨勢。  

　　該裝置的主要特點: ①由于液流在工作腔的旋流半徑比較小任咨，氣泡容易向中心方向移動拌艳。在工作腔的液體有較大的離心加速度，所以在半徑方向上形成了較大的壓力梯度簇友，十分有助于氣泡的排出橙樟。②進入到工作腔的液體在導(dǎo)向葉輪的作用下具有較大的角動能，使液體能夠維持較長距離的加速旋轉(zhuǎn)運動肠豺，這就增加了氣泡隨油液在工作腔內(nèi)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)沸稻，所以氣泡的去除效率相當(dāng)高。③該裝置具有較大的壓差范圍俐粪，所以有較大的流量適應(yīng)區(qū)域即對于某一規(guī)格的裝置來說所饺，最大流量不小于最小流量的3倍，通過控制進油壓力褪秀，可使該裝置在一定流量范圍內(nèi)的任一流量下去除氣泡蓄诽。④適用于動力傳遞介質(zhì)的任何粘度油液的氣泡去除。⑤該裝置體積較小溜歪，可以忽略其內(nèi)部通流液體的質(zhì)量若专，所以安裝位置比較靈活许蓖，而不影響氣泡去除效果蝴猪。 

　　使用方法和效果:該裝置安裝方便，組成簡單膊爪。①如單獨使用自阱，將該裝置的進油腔與系統(tǒng)回油路相接，出油腔直接通向油箱米酬，一次氣泡去除率最高可達99%沛豌。②與泵組合使用，將該裝置的進油腔與系統(tǒng)回油路相接赃额，出油腔與泵的進油口相接加派，一次去除效果最高可達99.9%。2種方式均將該裝置安裝于油箱內(nèi)不用考慮泄漏跳芳，不需用專門動力叁渣，節(jié)省能源玲装。   

　　結(jié)語  

　　為了更好保證數(shù)控機床加工過程的穩(wěn)定性和可靠性，保證機床的加工質(zhì)量溯侦，防止熱變形墅糯，減少維修工作量。關(guān)鍵的問題是要解決好油中氣泡對油液危害的最大難題况魔。開發(fā)和應(yīng)用液壓油氣泡去除裝置有十分重要的意義况逼。

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