蘇萬清　鐘麗珠

摘 要：闡述氣體進入氣液泵油液的途徑和危害，分析計算混入氣體后油液體積的彈性模量，給出油液混氣量的推算方法，介紹了在設(shè)計、使用過程中減少氣體混入量的措施。

關(guān)鍵詞：氣液泵；體積彈性模量；消除措施；節(jié)能效果

中圖分類號： TE32 文獻標識碼：A

氣液增壓泵具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，且在運行過程中能自動保壓等優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于國民生產(chǎn)的各個行業(yè)，近年來如何提高氣液增壓泵的工作性能、使用壽命、節(jié)能利用等問題及其影響因素受到普遍關(guān)注，其中，如何處理好氣體混入氣液增壓泵油液的問題，成為一個重要的研究課題。

1 氣液泵的工作原理

氣液增壓泵是一種以有壓氣體作用于氣缸大面積活塞，帶動液壓缸小面積活塞實現(xiàn)往復(fù)運動，從而使液壓油獲得較大壓力輸出的裝置，簡稱氣液泵。圖1為雙作用式氣液泵工作原理示意圖，當氣缸右端P1口進氣、左端P2口排氣時，氣缸的活塞向左運動，同時驅(qū)動兩油缸柱塞同向運動，右油缸工作腔容積增大，形成真空而處于吸油過程，右上單向閥因上下壓差而關(guān)閉；同時左油缸工作腔容積減少而處于壓油過程，由于左下單向閥關(guān)閉，高壓油由左上單向閥經(jīng)P3口輸出；當氣缸活塞運動至左端盡頭時，磁性傳感器工作，自動換向閥換向，進、排氣口改變，此時P2口進氣、P1口排氣；柱塞反向運動，右油缸將高壓油輸出至P3口，左油缸處于吸油過程；隨著氣缸活塞的往復(fù)循環(huán)，高壓油便連續(xù)輸送到液壓系統(tǒng)中去；當氣壓驅(qū)動力和負載之間達到平衡時，氣缸活塞的往復(fù)運動將減慢直至停止，此時泵的輸出壓力恒定，系統(tǒng)自動保壓，能量消耗最低；當泄露等原因造成的液壓系統(tǒng)壓力下降，氣液泵都將自動啟動，保持回路壓力回

2 氣體進入氣液泵油液中的途徑

氣體以兩種方式存在于油液中，其一氣體以微小氣泡的形式懸浮于油液中；其二氣體直接溶解于油液中，溶解于油液中氣體含量會隨著壓力的增加而增加，但當壓力從高值降到一定值時溶解于油液中氣體將從油液中析出，產(chǎn)生大量微小氣泡并懸浮于油液中；隨著壓力進一步降低和溫度升高，混入油液中微細的氣泡體積將膨脹并聚集而形成更大體積的氣泡，其幾何尺寸和分布密度將直接影響油液的物理性能，進而影響氣液泵的工作穩(wěn)定性。

由于氣液泵中氣缸與油缸連體，其間僅用動密封裝置隔開，如圖1中的A、B處，由于缸中的壓力交替變化和油液流動速度變化大，因此相對于液壓泵，其油液更容易混入氣體，這種由氣泡混合于油液的混合油液，將導(dǎo)致油液體積彈性模量K的大幅下降，直接影響氣液泵的工作性能和使用壽命。所以應(yīng)及時檢測和處理氣液泵油液中混入氣體。

3 油液體積彈性模量的理論計算

設(shè)標準大氣壓下油液的總體積為，氣體在油液中的溶解量為，若油液只有溶解的氣體無混入氣體，則溶解于油液的氣體體積為，純油液的體積為；若油液既有溶解的氣體又有混入氣體，設(shè)油液中混入的氣體體積為；當工作壓力為，設(shè)油液的總體積為，混入的氣體體積為，則溶解于油液的氣體體積為，純油液的體積為。（氣體的溶解量隨壓力的變化而變化，但變化量較小，可視為不變；同時由于工作溫度基本不變，去除溫度變化因素的影響[2]。）目前的氣液泵中，一般工作壓力設(shè)計在，純油的體積彈性模量為，在工程計算中一般取，標準大氣壓為，取工作壓力，常態(tài)油中氣體的溶解量可達6%～12%，常用液壓油的空氣溶解量為9%左右，假設(shè)油液中混有5%的氣體（實際大于該值），即，根據(jù)式（6）計算得：，即油液中混入5%空氣在工作壓力下，體積彈性模量下降為正常值的70%左右，且在低壓工況下下降更明顯。在工程應(yīng)用上，通過測量油液的體積彈性模量，推算出油液的混氣量，從而初步判斷設(shè)備使用的合理性。

4 危害及相應(yīng)措施

4.1 危害

氣體混入油液后，將在油液中產(chǎn)生大量的氣泡，導(dǎo)致油液的流動狀態(tài)發(fā)生瞬時交替變化，呈劇烈的紊流狀態(tài)，加大沿程壓力損失和慣性損失；特別是油液流經(jīng)局部阻力區(qū)域時將受到很大的擾動，這時阻力系數(shù)要比正常值大很多倍，實際壓力損失更為嚴重；壓力損失轉(zhuǎn)換為熱能后，使得油液溫度快速增加，加速油液的氧化而縮短使用期限；油液的黏度也隨之下降，進而使得泄露增大，傳動效率降低，節(jié)能效果變差；氣液泵內(nèi)工作壓力處于不斷變化中，油液中氣泡急劇縮小和放大，易產(chǎn)生氣穴與氣蝕現(xiàn)象，將惡化氣液泵的工作條件，最終表現(xiàn)在泵性能下降和壽命縮短，降低氣液泵的節(jié)能效果。此外，當混入油液的氣體過量時，還將因油液的彈性模量大幅下降而降低油壓傳導(dǎo)速度，致使氣液泵反應(yīng)遲滯，最終導(dǎo)致液壓執(zhí)行元件傳動精度降低。

4.2 措施

在設(shè)計和使用上正確處理氣體混入油液問題的具體辦法有：

（1） 組成氣液泵左右油缸的缸體及其重要零部件應(yīng)采用抗腐蝕能力強、機械性能好的材料，并確保其有較高的強度和表面質(zhì)量。

（2）在結(jié)構(gòu)設(shè)計上應(yīng)避免前后孔徑變化大等不合理結(jié)構(gòu)，以免壓降大而導(dǎo)致溶解于油液中的空氣析出過量。

（3）適當加大吸油管的內(nèi)徑，以降低吸油管中油液流速，或在吸油口設(shè)置輔助泵供應(yīng)足夠的低壓油。

（4）在油箱中設(shè)置傾斜30°左右的金屬網(wǎng)，破碎氣體，并及時補充油液。

（5）及時更換氣缸與油缸之間老化、磨損密封件，避免大量氣體進入油缸，混入油液中。

（6）在安裝、調(diào)試或檢修、更換油液時，應(yīng)松開泵出口處的接頭或螺堵讓存于油缸中的氣體溢出，或空載啟動泵循環(huán)運轉(zhuǎn)幾次，以排盡氣體。

結(jié)語

油液中混入的氣體對液壓系統(tǒng)的危害極大，由于氣液泵缸體內(nèi)存在有一定壓力的氣體，極容易混入油液中，應(yīng)引起高度重視。本文給出了混入氣體后油液體積彈性模量的理論計算方法，并通過對體積彈性模量的檢測，推算出混入液體中的氣體量；對混入氣體后的危害進行了闡述，并提供了幾種減少氣體進入氣液泵的措施。實踐證明，通過以上幾點措施，是可以減少氣體的混入量，進而提高氣液泵的工作性能、節(jié)能效果和使用壽命。

參考文獻

[1]Hitchcox，A.L.Pneumatic cylinders epitomize variety.Hydraulics and Pneumatics，v53，n11，Nov， 2000：47-48，50，78.

[2]吳春玉，辛莉.液壓與氣動技術(shù)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2008（08）：24-26.

[3]李新德.氣泡對液系統(tǒng)的危害及預(yù)防措施[J].液壓氣動與密封，2003：12-15.

[4]劉彥玲.關(guān)于液壓系統(tǒng)爬行的原因和解決方案[J].液壓氣動與密封，2008（04）：24-25.endprint

摘 要：闡述氣體進入氣液泵油液的途徑和危害，分析計算混入氣體后油液體積的彈性模量，給出油液混氣量的推算方法，介紹了在設(shè)計、使用過程中減少氣體混入量的措施。

關(guān)鍵詞：氣液泵；體積彈性模量；消除措施；節(jié)能效果

中圖分類號： TE32 文獻標識碼：A

氣液增壓泵具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，且在運行過程中能自動保壓等優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于國民生產(chǎn)的各個行業(yè)，近年來如何提高氣液增壓泵的工作性能、使用壽命、節(jié)能利用等問題及其影響因素受到普遍關(guān)注，其中，如何處理好氣體混入氣液增壓泵油液的問題，成為一個重要的研究課題。

1 氣液泵的工作原理

氣液增壓泵是一種以有壓氣體作用于氣缸大面積活塞，帶動液壓缸小面積活塞實現(xiàn)往復(fù)運動，從而使液壓油獲得較大壓力輸出的裝置，簡稱氣液泵。圖1為雙作用式氣液泵工作原理示意圖，當氣缸右端P1口進氣、左端P2口排氣時，氣缸的活塞向左運動，同時驅(qū)動兩油缸柱塞同向運動，右油缸工作腔容積增大，形成真空而處于吸油過程，右上單向閥因上下壓差而關(guān)閉；同時左油缸工作腔容積減少而處于壓油過程，由于左下單向閥關(guān)閉，高壓油由左上單向閥經(jīng)P3口輸出；當氣缸活塞運動至左端盡頭時，磁性傳感器工作，自動換向閥換向，進、排氣口改變，此時P2口進氣、P1口排氣；柱塞反向運動，右油缸將高壓油輸出至P3口，左油缸處于吸油過程；隨著氣缸活塞的往復(fù)循環(huán)，高壓油便連續(xù)輸送到液壓系統(tǒng)中去；當氣壓驅(qū)動力和負載之間達到平衡時，氣缸活塞的往復(fù)運動將減慢直至停止，此時泵的輸出壓力恒定，系統(tǒng)自動保壓，能量消耗最低；當泄露等原因造成的液壓系統(tǒng)壓力下降，氣液泵都將自動啟動，保持回路壓力回

2 氣體進入氣液泵油液中的途徑

氣體以兩種方式存在于油液中，其一氣體以微小氣泡的形式懸浮于油液中；其二氣體直接溶解于油液中，溶解于油液中氣體含量會隨著壓力的增加而增加，但當壓力從高值降到一定值時溶解于油液中氣體將從油液中析出，產(chǎn)生大量微小氣泡并懸浮于油液中；隨著壓力進一步降低和溫度升高，混入油液中微細的氣泡體積將膨脹并聚集而形成更大體積的氣泡，其幾何尺寸和分布密度將直接影響油液的物理性能，進而影響氣液泵的工作穩(wěn)定性。

由于氣液泵中氣缸與油缸連體，其間僅用動密封裝置隔開，如圖1中的A、B處，由于缸中的壓力交替變化和油液流動速度變化大，因此相對于液壓泵，其油液更容易混入氣體，這種由氣泡混合于油液的混合油液，將導(dǎo)致油液體積彈性模量K的大幅下降，直接影響氣液泵的工作性能和使用壽命。所以應(yīng)及時檢測和處理氣液泵油液中混入氣體。

3 油液體積彈性模量的理論計算

設(shè)標準大氣壓下油液的總體積為，氣體在油液中的溶解量為，若油液只有溶解的氣體無混入氣體，則溶解于油液的氣體體積為，純油液的體積為；若油液既有溶解的氣體又有混入氣體，設(shè)油液中混入的氣體體積為；當工作壓力為，設(shè)油液的總體積為，混入的氣體體積為，則溶解于油液的氣體體積為，純油液的體積為。（氣體的溶解量隨壓力的變化而變化，但變化量較小，可視為不變；同時由于工作溫度基本不變，去除溫度變化因素的影響[2]。）目前的氣液泵中，一般工作壓力設(shè)計在，純油的體積彈性模量為，在工程計算中一般取，標準大氣壓為，取工作壓力，常態(tài)油中氣體的溶解量可達6%～12%，常用液壓油的空氣溶解量為9%左右，假設(shè)油液中混有5%的氣體（實際大于該值），即，根據(jù)式（6）計算得：，即油液中混入5%空氣在工作壓力下，體積彈性模量下降為正常值的70%左右，且在低壓工況下下降更明顯。在工程應(yīng)用上，通過測量油液的體積彈性模量，推算出油液的混氣量，從而初步判斷設(shè)備使用的合理性。

4 危害及相應(yīng)措施

4.1 危害

氣體混入油液后，將在油液中產(chǎn)生大量的氣泡，導(dǎo)致油液的流動狀態(tài)發(fā)生瞬時交替變化，呈劇烈的紊流狀態(tài)，加大沿程壓力損失和慣性損失；特別是油液流經(jīng)局部阻力區(qū)域時將受到很大的擾動，這時阻力系數(shù)要比正常值大很多倍，實際壓力損失更為嚴重；壓力損失轉(zhuǎn)換為熱能后，使得油液溫度快速增加，加速油液的氧化而縮短使用期限；油液的黏度也隨之下降，進而使得泄露增大，傳動效率降低，節(jié)能效果變差；氣液泵內(nèi)工作壓力處于不斷變化中，油液中氣泡急劇縮小和放大，易產(chǎn)生氣穴與氣蝕現(xiàn)象，將惡化氣液泵的工作條件，最終表現(xiàn)在泵性能下降和壽命縮短，降低氣液泵的節(jié)能效果。此外，當混入油液的氣體過量時，還將因油液的彈性模量大幅下降而降低油壓傳導(dǎo)速度，致使氣液泵反應(yīng)遲滯，最終導(dǎo)致液壓執(zhí)行元件傳動精度降低。

4.2 措施

在設(shè)計和使用上正確處理氣體混入油液問題的具體辦法有：

（1） 組成氣液泵左右油缸的缸體及其重要零部件應(yīng)采用抗腐蝕能力強、機械性能好的材料，并確保其有較高的強度和表面質(zhì)量。

（2）在結(jié)構(gòu)設(shè)計上應(yīng)避免前后孔徑變化大等不合理結(jié)構(gòu)，以免壓降大而導(dǎo)致溶解于油液中的空氣析出過量。

（3）適當加大吸油管的內(nèi)徑，以降低吸油管中油液流速，或在吸油口設(shè)置輔助泵供應(yīng)足夠的低壓油。

（4）在油箱中設(shè)置傾斜30°左右的金屬網(wǎng)，破碎氣體，并及時補充油液。

（5）及時更換氣缸與油缸之間老化、磨損密封件，避免大量氣體進入油缸，混入油液中。

（6）在安裝、調(diào)試或檢修、更換油液時，應(yīng)松開泵出口處的接頭或螺堵讓存于油缸中的氣體溢出，或空載啟動泵循環(huán)運轉(zhuǎn)幾次，以排盡氣體。

結(jié)語

油液中混入的氣體對液壓系統(tǒng)的危害極大，由于氣液泵缸體內(nèi)存在有一定壓力的氣體，極容易混入油液中，應(yīng)引起高度重視。本文給出了混入氣體后油液體積彈性模量的理論計算方法，并通過對體積彈性模量的檢測，推算出混入液體中的氣體量；對混入氣體后的危害進行了闡述，并提供了幾種減少氣體進入氣液泵的措施。實踐證明，通過以上幾點措施，是可以減少氣體的混入量，進而提高氣液泵的工作性能、節(jié)能效果和使用壽命。

參考文獻

[1]Hitchcox，A.L.Pneumatic cylinders epitomize variety.Hydraulics and Pneumatics，v53，n11，Nov， 2000：47-48，50，78.

[2]吳春玉，辛莉.液壓與氣動技術(shù)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2008（08）：24-26.

[3]李新德.氣泡對液系統(tǒng)的危害及預(yù)防措施[J].液壓氣動與密封，2003：12-15.

[4]劉彥玲.關(guān)于液壓系統(tǒng)爬行的原因和解決方案[J].液壓氣動與密封，2008（04）：24-25.endprint

摘 要：闡述氣體進入氣液泵油液的途徑和危害，分析計算混入氣體后油液體積的彈性模量，給出油液混氣量的推算方法，介紹了在設(shè)計、使用過程中減少氣體混入量的措施。

關(guān)鍵詞：氣液泵；體積彈性模量；消除措施；節(jié)能效果

中圖分類號： TE32 文獻標識碼：A

氣液增壓泵具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，且在運行過程中能自動保壓等優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于國民生產(chǎn)的各個行業(yè)，近年來如何提高氣液增壓泵的工作性能、使用壽命、節(jié)能利用等問題及其影響因素受到普遍關(guān)注，其中，如何處理好氣體混入氣液增壓泵油液的問題，成為一個重要的研究課題。

1 氣液泵的工作原理

氣液增壓泵是一種以有壓氣體作用于氣缸大面積活塞，帶動液壓缸小面積活塞實現(xiàn)往復(fù)運動，從而使液壓油獲得較大壓力輸出的裝置，簡稱氣液泵。圖1為雙作用式氣液泵工作原理示意圖，當氣缸右端P1口進氣、左端P2口排氣時，氣缸的活塞向左運動，同時驅(qū)動兩油缸柱塞同向運動，右油缸工作腔容積增大，形成真空而處于吸油過程，右上單向閥因上下壓差而關(guān)閉；同時左油缸工作腔容積減少而處于壓油過程，由于左下單向閥關(guān)閉，高壓油由左上單向閥經(jīng)P3口輸出；當氣缸活塞運動至左端盡頭時，磁性傳感器工作，自動換向閥換向，進、排氣口改變，此時P2口進氣、P1口排氣；柱塞反向運動，右油缸將高壓油輸出至P3口，左油缸處于吸油過程；隨著氣缸活塞的往復(fù)循環(huán)，高壓油便連續(xù)輸送到液壓系統(tǒng)中去；當氣壓驅(qū)動力和負載之間達到平衡時，氣缸活塞的往復(fù)運動將減慢直至停止，此時泵的輸出壓力恒定，系統(tǒng)自動保壓，能量消耗最低；當泄露等原因造成的液壓系統(tǒng)壓力下降，氣液泵都將自動啟動，保持回路壓力回

2 氣體進入氣液泵油液中的途徑

氣體以兩種方式存在于油液中，其一氣體以微小氣泡的形式懸浮于油液中；其二氣體直接溶解于油液中，溶解于油液中氣體含量會隨著壓力的增加而增加，但當壓力從高值降到一定值時溶解于油液中氣體將從油液中析出，產(chǎn)生大量微小氣泡并懸浮于油液中；隨著壓力進一步降低和溫度升高，混入油液中微細的氣泡體積將膨脹并聚集而形成更大體積的氣泡，其幾何尺寸和分布密度將直接影響油液的物理性能，進而影響氣液泵的工作穩(wěn)定性。

由于氣液泵中氣缸與油缸連體，其間僅用動密封裝置隔開，如圖1中的A、B處，由于缸中的壓力交替變化和油液流動速度變化大，因此相對于液壓泵，其油液更容易混入氣體，這種由氣泡混合于油液的混合油液，將導(dǎo)致油液體積彈性模量K的大幅下降，直接影響氣液泵的工作性能和使用壽命。所以應(yīng)及時檢測和處理氣液泵油液中混入氣體。

3 油液體積彈性模量的理論計算

設(shè)標準大氣壓下油液的總體積為，氣體在油液中的溶解量為，若油液只有溶解的氣體無混入氣體，則溶解于油液的氣體體積為，純油液的體積為；若油液既有溶解的氣體又有混入氣體，設(shè)油液中混入的氣體體積為；當工作壓力為，設(shè)油液的總體積為，混入的氣體體積為，則溶解于油液的氣體體積為，純油液的體積為。（氣體的溶解量隨壓力的變化而變化，但變化量較小，可視為不變；同時由于工作溫度基本不變，去除溫度變化因素的影響[2]。）目前的氣液泵中，一般工作壓力設(shè)計在，純油的體積彈性模量為，在工程計算中一般取，標準大氣壓為，取工作壓力，常態(tài)油中氣體的溶解量可達6%～12%，常用液壓油的空氣溶解量為9%左右，假設(shè)油液中混有5%的氣體（實際大于該值），即，根據(jù)式（6）計算得：，即油液中混入5%空氣在工作壓力下，體積彈性模量下降為正常值的70%左右，且在低壓工況下下降更明顯。在工程應(yīng)用上，通過測量油液的體積彈性模量，推算出油液的混氣量，從而初步判斷設(shè)備使用的合理性。

4 危害及相應(yīng)措施

4.1 危害

氣體混入油液后，將在油液中產(chǎn)生大量的氣泡，導(dǎo)致油液的流動狀態(tài)發(fā)生瞬時交替變化，呈劇烈的紊流狀態(tài)，加大沿程壓力損失和慣性損失；特別是油液流經(jīng)局部阻力區(qū)域時將受到很大的擾動，這時阻力系數(shù)要比正常值大很多倍，實際壓力損失更為嚴重；壓力損失轉(zhuǎn)換為熱能后，使得油液溫度快速增加，加速油液的氧化而縮短使用期限；油液的黏度也隨之下降，進而使得泄露增大，傳動效率降低，節(jié)能效果變差；氣液泵內(nèi)工作壓力處于不斷變化中，油液中氣泡急劇縮小和放大，易產(chǎn)生氣穴與氣蝕現(xiàn)象，將惡化氣液泵的工作條件，最終表現(xiàn)在泵性能下降和壽命縮短，降低氣液泵的節(jié)能效果。此外，當混入油液的氣體過量時，還將因油液的彈性模量大幅下降而降低油壓傳導(dǎo)速度，致使氣液泵反應(yīng)遲滯，最終導(dǎo)致液壓執(zhí)行元件傳動精度降低。

4.2 措施

在設(shè)計和使用上正確處理氣體混入油液問題的具體辦法有：

（1） 組成氣液泵左右油缸的缸體及其重要零部件應(yīng)采用抗腐蝕能力強、機械性能好的材料，并確保其有較高的強度和表面質(zhì)量。

（2）在結(jié)構(gòu)設(shè)計上應(yīng)避免前后孔徑變化大等不合理結(jié)構(gòu)，以免壓降大而導(dǎo)致溶解于油液中的空氣析出過量。

（3）適當加大吸油管的內(nèi)徑，以降低吸油管中油液流速，或在吸油口設(shè)置輔助泵供應(yīng)足夠的低壓油。

（4）在油箱中設(shè)置傾斜30°左右的金屬網(wǎng)，破碎氣體，并及時補充油液。

（5）及時更換氣缸與油缸之間老化、磨損密封件，避免大量氣體進入油缸，混入油液中。

（6）在安裝、調(diào)試或檢修、更換油液時，應(yīng)松開泵出口處的接頭或螺堵讓存于油缸中的氣體溢出，或空載啟動泵循環(huán)運轉(zhuǎn)幾次，以排盡氣體。

結(jié)語

油液中混入的氣體對液壓系統(tǒng)的危害極大，由于氣液泵缸體內(nèi)存在有一定壓力的氣體，極容易混入油液中，應(yīng)引起高度重視。本文給出了混入氣體后油液體積彈性模量的理論計算方法，并通過對體積彈性模量的檢測，推算出混入液體中的氣體量；對混入氣體后的危害進行了闡述，并提供了幾種減少氣體進入氣液泵的措施。實踐證明，通過以上幾點措施，是可以減少氣體的混入量，進而提高氣液泵的工作性能、節(jié)能效果和使用壽命。

參考文獻

[1]Hitchcox，A.L.Pneumatic cylinders epitomize variety.Hydraulics and Pneumatics，v53，n11，Nov， 2000：47-48，50，78.

[2]吳春玉，辛莉.液壓與氣動技術(shù)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2008（08）：24-26.

[3]李新德.氣泡對液系統(tǒng)的危害及預(yù)防措施[J].液壓氣動與密封，2003：12-15.

[4]劉彥玲.關(guān)于液壓系統(tǒng)爬行的原因和解決方案[J].液壓氣動與密封，2008（04）：24-25.endprint