液壓機床系統中氣泡帶來的危害探索

　　液壓機床系統中氣泡危害研究
　　
　　機床是所有機械生產的基礎，而數控技術是現代制造技術的基礎，它的廣泛應用使普通機床逐漸的被數控機床所代替。*，衡量機床質量的1個重要指標就是：工序能力指數(CP值)。設計機床時在考慮如何保證工序能力指數(CP值)，可能更多關心的是：選用好的主軸系統，導軌的幾何精度高等。往往忽略了由于液壓系統性能造成的加工工序的能力指數(CP值)嚴重下降的問題。研究表明：液壓系統中氣泡是影響工序能力指數(CP值)zui重要的因數之一。為了提高數控機床的加工工序能力指數，必須要去除液壓系統中的氣泡。
　　
　　1液壓系統中氣泡的來源及危害液壓系統中氣泡的來源
　　
　　數控機床常用的液壓系統為開放式液壓系統，液壓油中含有空氣是不可避免的。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，主要是通過油箱與泵的吸入管摻混入油內。例如：油箱油面太低、泵吸入管口半露于油面或淹深很淺時、泵的進油管路漏氣、系統回油管口高于油箱油面、高速噴射的系統回油等，都可能使空氣進入油中。油被油泵帶入系統的同時空氣也就進入了液壓系統。由于油液中空氣的含量隨壓力的增加而增加，當溶解了一定數量的空氣處于飽和狀態的油液流經節流口或泵入口段，當壓力下降到油液的空氣分離壓時，油液中過飽和的空氣就會被析出，使本來溶解于油中的微細氣泡聚集成較大的氣泡出現在液壓系統中。
　　
　　氣泡對數控機床液壓系統的危害
　　
　　數控機床的液壓系統控制著機床器件表面的精細動作，所以數控機床液壓系統的性能直接影響被加工件的質量。而液壓油中氣泡是影響液壓系統性能zui主要的原因。主要體現在幾個方面：①影響油液的連續性，使系統工作不良。如：自動控制失靈、工作機構產生間歇運動使被加工件的廢品率增大、產品的精度差、產品的質量不穩定、損壞模具等。②氣泡還可能引起機床的誤動作而引發機械及人身事故。③油溫升高會導致工序能力指數下降，還會加速油液的氧化、降低油液的潤滑性能、加速密封元件的老化等。④導致氣蝕的發生。由于液體質點間相互碰撞產生局部高壓形成液壓沖擊，使局部壓力升高可達數百甚至上千個大氣壓力。如果這種局部液壓沖擊作用在零件的金屬表面上，使金屬表面產生腐蝕將對液壓系統的危害性很大。⑤氣穴現象會引起振動和噪音，不但對影響機床的性能還會造成人身傷害。
　　
　　2傳統氣泡去除方法
　　
　　常用的氣泡去除方法總是在油箱上下工夫，即利用液壓系統中*的油箱進行氣泡的去除，例如在油箱設計時讓其水平截面積大于油液深度、設置隔板延長油液在油箱中停留的時間、進出油口盡量設置得遠些以及體積要大等。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，而油液對氣泡有摩擦阻力。根據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，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，所以靠自浮去除效果很差。
　　
　　3氣泡去除器
　　
　　基本結構與原理：氣泡去除器的基本結構與原理。主要由進油腔、工作腔、導向葉輪、出油腔及排氣管等組成。當油液從導向葉輪的切線方向進入油腔時，以一定的動能沖向導向輪葉片，在導向葉輪的作用下，油液作螺旋加速運動，由于油液密度大于氣泡密度，在離心力的作用下，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，在工作腔zui小直徑處的中心壓力zui低，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zui小直徑處運動聚集，在工作腔與排油腔結合處的右側附近，液流由于沒有螺旋運動，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。其工作原理。
　　
　　線段說明：將油液在去除裝置中流過的路徑分為4段。①01段為進油腔(內裝導向葉輪)。其中對應的兩線段分別是：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。其中對應的兩線段分別是: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。③23為排氣段(為出油腔右側很小一部分)。其中對應的兩條線段分別是: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。④34段為出油腔。其中對應的3′4為氣泡排除后油液流經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，氣泡容易向中心方向移動。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，十分有助于氣泡的排出。②進入到工作腔的液體在導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運動，這就增加了氣泡隨油液在工作腔內的旋轉次數，所以氣泡的去除效率相當高。③該裝置具有較大的壓差范圍，所以有較大的流量適應區域即對于某一規格的裝置來說，zui大流量不小于zui小流量的3倍，通過控制進油壓力，可使該裝置在一定流量范圍內的任*量下去除氣泡。④適用于動力傳遞介質的任何粘度油液的氣泡去除。⑤該裝置體積較小，可以忽略其內部通流液體的質量，所以安裝位置比較靈活，而不影響氣泡去除效果。
　　
　　使用方法和效果:該裝置安裝方便，組成簡單。①如單獨使用，將該裝置的進油腔與系統回油路相接，出油腔直接通向油箱，一次氣泡去除率zui高可達99%。②與泵組合使用，將該裝置的進油腔與系統回油路相接，出油腔與泵的進油口相接，一次去除效果zui高可達99.9%。2種方式均將該裝置安裝于油箱內不用考慮泄漏，不需用專門動力，節省能源。
　　
　　4結語
　　
　　為了更好保證數控機床加工過程的穩定性和可靠性，保證機床的加工質量，防止熱變形，減少維修工作量。關鍵的問題是要解決好油中氣泡對油液危害的zui大難題。開發和應用液壓油氣泡去除裝置有十分重要的意義。