压路机振动液压系统的气蚀及其预防

1、概述
　　对某双钢轮振动压路机的振动液压系统故障进行分析时发现：（1）振动液压马达缸体、配油盘处有一些蜂窝状的孔穴，这些气穴的扩大导致无法密封高压液体，内泄漏增大，使马达失效（见图1、图2）。（2）振动液压泵的断开阀阀芯有磨损，配油盘磨损严重，且有较大硬质点划过留下的痕迹，导致泵失效。

　　这种全液压振动压路机的振动液压系统采用柱塞式两点变量泵和柱塞式定量马达组成闭式系统（见图3）。系统利用泵的两点变量实现高、低频率切换，泵排出液流方向的不同改变了振动马达旋转方向，从而实现对振动高、低频率的控制。该液压系统的缺点是：（1）自身排气能力不顺畅，一旦有气体进入或油液自身产生气体，用冲洗阀干净地带出是很困难的。（2）振动频率的频繁切换，使系统要承受启振、停振时由惯性力引起的瞬间高压冲击，由此而产生的高温、高压力梯度和瞬间的压力真空，都是产生气蚀的根源，对系统的可靠性和寿命十分不利。

　　振动液压系统的设计质量和使用质量对全液压振动压路机的可靠性和寿命有着重要的影响，如果泵和马达过早损坏，就会影响压路机的可靠性，造成重大经济损失。因此对压路机振动液压系统的气蚀作针对性的分析研究，是十分必要的。
　　2、产生气蚀的主要原因
　　2.1 气蚀的实质
　　气蚀指高速流动的液体在高温、高压下由于压力的突变使液体内的气体释放，微小气泡破裂产生的能量长期地、连续地作用在元件表面，使表面产生蜂窝状的麻点、空穴，从而使元件失效。而水泵、水节门等使用的压力和温度虽然不高，但在泵叶片入口处和节门出口形成的低压区同样也会气蚀，这是由于节流使液体高速流动释放后形成漩涡和低压区引起压力变化之故。
　　2.2 产生气蚀的原因
　　（1）油液压力的变化频率过快、过高，将直接造成气泡的形成，加速气泡的破裂速度。
　　振动压路机在压实工作过程中进行正常的振动频率切换时，由于较大惯性力的作用引起启振冲击压力过高和停振制动使马达工况转变，即马达变为泵工况，工作腔的油液瞬间由高压降低直至变为负压――吸真空。在实际解体检查的泵、马达零件中，柱塞球头都有“拔头”现象，这是由于在吸空的瞬间球头面静压支承的压力液体突然作用的结果。溶于油液中的气体会变成气泡，随着压力的急剧下降高压气泡发生爆裂，将高温、高压的气体迅速作用到零件的表面上，导致液压马达缸体、配油盘产生气蚀，造成零件的损坏。由于“吸真空”而形成新的气泡，在系统压力场的作用下，流动的液体中气泡经压缩、释放、爆裂和重新形成，不停地作用在压力突变的部位――缸体与配油盘上，这种作用也同样发生在压力梯度较大的行走马达和油缸中。由此可见，压路机的振动系统在工作过程中振动频率的频繁切换，极易使振动马达发生气蚀现象。
　　振动液压泵的安全阀――断开阀阀芯的磨损和压力胶管时常爆裂，说明液压系统存在压力超高的问题，对该振动压路机振动液压系统的压力进行了实际测量，结果表1所示。

　　从表1中可以看出：启振压力冲击过大和停振时马达反转瞬间吸空，证实了该系统存在压力过高和压力梯度变化过大的问题。压力差越大其气蚀时释放的能量也越大，因此配油盘和缸体产生严重的气蚀。
　　（2）液压油质量不合格。
　　保证液压油的质量，是防止产生气蚀的一个重要因素。如果油液的抗泡沫性差，则很容易产生泡沫，从而导致气蚀的发生。
　　（3）油温过高。
　　系统压力过高，必然导致热量损失也越多，使温度升高。闭式系统散热困难，导致油温过高。
　　（4）制造及维修时调试不当。
　　由于系统存在压力冲击过高的问题，该压路机的振动系统压力油管在使用一段时间后时常有爆管现象，而多次维修和更换导致液压油的污染。由于在装配或维修时未注意使液压系统充分排气，导致系统中存在气体，在高温、高压的作用下即可产生气蚀，而气蚀又是较大颗粒污染物的主要来源，如此恶性循环使泵、马达过早损坏。这是通过故障现象分析找出的直接原因，而间接原因是系统匹配不合理，静态持续压力选择过高，需要通过修改设计、合理匹配等手段来解决。
　　（5）液压油的变质。
　　长期使用的液压油由于高温、环境因素而发生化学变化，如各种酸根离子、氧化剂易发生化学、电化学腐蚀等，在它们的联合作用下会产生气沫，加快气蚀的速度。
　　3、预防气蚀的措施
　　通过上述对气蚀产生原因的分析，需采取相应的预防措施和解决方法。
　　（1）严把液压油选用关。
　　选用质量好的液压油，可以有效地防止液压系统在工作过程中出现气泡。应根据不同地区的最低气温进行选择，并按标准加注液压油，同时还应保持液压系统的清洁，经常检查液压油的油质、油位和油色，如果发现液压油中出现水泡、泡沫，或油液变成乳白色时，应认真地查找油液中空气的来源，并及时加以消除。
　　（2）防止油温过高。
　　合理设计系统的匹配问题，降低系统的压力，以及合理配置散热系统，是防止油温过高的关键。