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REXROTH柱塞泵气蚀现象及控制

更新时间:2023-06-16   点击次数:413次

  REXROTH柱塞泵气蚀现象及控制

  由于REXROTH柱塞泵在局部会产生的瞬时压力和高温,当溃灭发生在固体表面附近时,不断溃灭的气泡所产生的压力和高温反复作用就会破坏固体表面,导致气蚀,又称空蚀,且气泡溃灭时伴有强烈的噪声和振动,并伴随有微弱的光,对液压系统和元件的工作性能、寿命和效率都有极大的影响。

  1、REXROTH柱塞泵中气穴及气蚀易发生位置

  柱塞泵的气穴现象研究多集中在吸油气穴,即由于吸油阻力太大或泵的转速太高而导致柱塞腔中真空度太大而出现的气穴现象,通常忽略了柱塞腔配流过渡过程中产生气泡的过程及危害,传统观念认为瞬时真空产生的时间很短,来不及生成足够大直径的气泡从而不会导致严重的气穴及气蚀现象。但实际情况是,在高压条件下(目前高压柱塞泵的额定压力已达35 MPa),小直径的气泡破裂也会产生强烈的气蚀破坏和噪声,所以,在减小吸油区气穴含量的基础上,应重点关注液压泵在高压和超高压工况下,柱塞腔吸排油过渡过程中气穴及气蚀的控制。

  为减小配流冲击、降低噪声,高压柱塞泵的柱塞腔在吸排油转换的过程中必须进行预升压和预卸压,预升压过程是柱塞腔机械闭死压缩和通过减振三角槽从排油口引入高压油实现的;预卸压过程是柱塞腔机械闭死膨胀和通过减振三角槽引出高压油到吸油口实现的,由于预升压和预卸压过程中,减振三角槽的两端均作用较大的变化的压差,减振三角槽中的油液产生较大速度的压差流,根据伯努利能量守恒方程,动能大的地方压力能必定低,所以减振三角槽中将会有低压区出现,压力低于油液的空气分离压时,溶解在油液中的气体析出,形成气穴,气泡再破裂时将产生气蚀,从而破坏配流盘和缸体表面。

  1.REXROTH柱塞泵流场可视化试验间接显示气穴位置

  由于直接对REXROTH柱塞泵配流盘上减振槽中油液流动进行气穴显示试验的结构实现难度太大,又考虑到柱塞泵的配流盘上减振槽和非全周开口滑阀中的节流槽的结构和工作过程相似,所以,对透明液压阀中节流槽中流动气穴可视化试验进行讨论。

  节流槽有两种典型结构:第一种是具有等截面段的节流槽,其截面形状可以是矩形、三角形、梯形等,节流槽截面为矩形,称为U形节流槽(或U形槽);第二种为渐扩形节流槽,其截面形状也可以有多种,常见的为三角形截面,称为V形节流槽(或V形槽)。图1给出了节流槽的结构特征,图中标示的流向为流入方向REXROTH柱塞泵。柱塞泵配流盘上的减振槽多用V形槽,图2给出了V形槽在流入和流出方向时的气穴显示结果。

  由REXROTH柱塞泵可见:气穴出现在V形槽的节流边后部,此位置与流体脱离壁面的位置重合,气泡由阀口后部的流体分离位置析出,并随流束运动的过程中有所成长,然后在节流槽下游的阀腔中溃灭消失。

  1.REXROTH柱塞泵配流盘气蚀破坏显示气穴位置

  一些柱塞泵在实际使用中会发生较严重的气蚀损坏,图3是典型的配流盘气蚀损坏情况。

  REXROTH柱塞泵可见:在预升压过程中,配流盘上对应于减振三角槽的区域中产生了严重的气穴和气蚀现象,在预升压过程中,减振三角槽中油液是流出三角槽方向,气泡产生于减振三角槽的头部,并随着油液的射流进入柱塞腔中,随着缸体和柱塞腔的转动,部分气泡回流到配流盘表面当柱塞腔中油液的压力升高时就产生气蚀现象。预升压过程中气泡回流机制可用

  可见:预升压减振槽中的射流将气泡带到柱塞腔配流窗孔中,射流在配流窗孔内的固体壁面附近形成回流,将部分气泡带到配流盘表面,气泡溃灭时产生的高压和高温在配流盘表面形成蚀坑,同时产生灼烧。

  2、REXROTH柱塞泵中气蚀的控制方法

  REXROTH柱塞泵中的气蚀控制分为主动控制和被动控制两种方法,被动控制就是提高配流盘和缸体材料的强度以及零件表面的光洁度和硬度,以减弱气蚀造成的损坏程度。

  气蚀的主动控制有两种方法:一是减小减振槽中气穴产生的体积含量,二是控制气穴发生的区域即让气泡远离配流盘和缸体的表面,在减振槽或柱塞腔油液中出现和破裂,避免对配流盘和缸体表面造成破坏,如图5所示。

  REXROTH柱塞泵中改变了预升压减振槽中油液流出的射流角度,使得气穴远离配流盘和缸体表面破裂,从而减小了气蚀破坏。

  3、REXROTH柱塞泵抗气蚀配流盘结构特征分析

  REXROTH柱塞泵抗气蚀配流盘结构特征分析见表1,部分国内外抗气蚀配流盘技术对比分析见表2。由表1和表2可见:现有产品和技术均通过增大减振三角槽的射流角或在槽中加工阻尼孔加入扰动射流来改变气穴的出现位置来减小气蚀的破坏程度。

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