一種液壓油壓縮膨脹過程中空氣析出消解速率的確定方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于流體傳動與控制技術領域，具體涉及一種液壓油壓縮膨脹過程中空氣 析出消解速率的確定方法。
【背景技術】
[0002] 隨著工業(yè)應用和環(huán)境保護要求的提高，液壓傳動元件如齒輪栗、柱塞栗等正朝著 低噪聲、低流量脈動以及高壓高速化的方向發(fā)展；但很多時候由于回路的背壓有限，油液流 速較高，導致流場內出現局部低壓區(qū)；此時，溶解在液壓油中的空氣會析出而發(fā)生空化現 象，空化會直接影響液壓元件的工作性能，并引發(fā)系統(tǒng)的振動和噪聲，甚至造成元件失效； 了解空化的發(fā)生規(guī)律并加以有效控制，具有重要工程價值。

【發(fā)明內容】

[0003] 有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種液壓油壓縮膨脹過程中空氣析出消解速率的 確定方法，通過測量不同條件下油液的密度和有效體積彈性模量，求解液壓油壓縮膨脹過 程中空氣析出消解速率，為指導液壓元件液壓油的使用與防空化設計提供參考。
[0004] 本發(fā)明是通過下述技術方案實現的：
[0005] 第一步，進行油液壓縮膨脹循環(huán)試驗，測得油室內的油液壓力p隨時間t的變化關 系及油室內的油液壓力P隨活塞位移X的變化關系；
[0006] 第二步，基于第一步中獲得的變化關系，利用公式（18)計算任意時刻t下油液的 空氣質量含氣率fg;
[0008] 其中，X。表示第一步中油液壓縮膨脹循環(huán)試驗中循環(huán)周期開始時活塞的位置，Ap表示活塞的活塞頭橫截面積，V。表示循環(huán)周期開始時的油室體積；p。為標準大氣壓，P g。表 示在標準大氣壓下空氣的密度，P 1(:表示在標準大氣壓下純油液的密度；E。為純油液體積 彈性模量；λ表示空氣熱容比，λ取1. 4 ;
[0009] 第三步，求得質量含氣率匕的數值后，通過差分計算求得質量含氣率的變化率，確 定出液壓油壓縮膨脹過程中空氣析出消解速率％。 fit
[0010] 進一步的，在第一步中的油液壓縮膨脹循環(huán)試驗的試驗臺包括：第一油箱、第二油 箱、油室座、熱電偶、壓力傳感器、蠕動栗、透明油管、活塞、限位塊及伺服液壓缸；所述油室 座設有一個軸向通孔為油室；
[0011] 油室座固定在安裝座上，活塞的活塞桿與油室座的油室孔軸配合，并通過伺服液 壓缸實現活塞桿在油室內的往復運動，活塞的運動限位通過兩個限位塊實現；第一油箱和 第二油箱分別通過兩個透明油管與油室座的油室連接，蠕動栗安裝在透明油管上；熱電偶 和壓力傳感器固定在油室座內；
[0012] 在進行第一步的油液壓縮膨脹循環(huán)試驗之前，使活塞的活塞頭位于兩個限位塊的 中位位置，并通過驅動系統(tǒng)控制活塞的位置不變，然后通過蠕動栗將油液從第一油箱經過 油室座的油室后送到第二油箱中，排出油室內部的所有空氣，以便觀察；當空氣都排除后停 止蠕動栗的供油，并將油室座與第一油箱及第二油箱斷開連接，然后將油室座的油室通過 單向球閥密封；上述準備完成后，便可以開始驅動伺服液壓缸對油室座的油室進行周期性 地壓縮和膨脹；
[0013] (1)測量油室內的油液壓力p隨時間t的變化關系：伺服液壓缸驅動活塞做周期 性往復運動對油室內的油液進行壓縮膨脹試驗，設定活塞運動周期為ls，在一個循環(huán)周期 內，測量并制得油室內的油液壓力P隨時間t的變化關系圖；
[0014] (2)測量油室內的油液壓力p隨活塞位移X的變化關系：伺服液壓缸驅動活塞做 周期性往復運動對油室內的油液進行壓縮膨脹試驗；試驗中數據采集系統(tǒng)的采樣頻率為 2048Hz，油液壓力p和活塞位移X的數據按照這一頻率采集；后續(xù)計算使用的測量數據是 在試驗運行一段時間后數據采集系統(tǒng)的跟蹤誤差收斂到很低時得到的，根據連續(xù)采集的50 個壓縮膨脹循環(huán)的原始數據進一步計算出一個周期內2048個采集點上的平均值和相應的 標準差。
[0015] 有益效果：（1)本發(fā)明不同于傳統(tǒng)對油液含氣率的測試，針對油液中空氣析出消 解速率的測試更能體現液壓油的屬性特征，對分析空化的發(fā)生機理更為深入。
[0016] (2)本發(fā)明的油液壓縮膨脹試驗中采用的循環(huán)時間和最高循環(huán)壓力對空氣的析出 消解速率有重要影響；若縮短循環(huán)時間則油液壓力變化梯度增大，氣體析出溶解速率會加 快；若提高循環(huán)壓力，則氣體不易從油液中析出，含氣率降低，也同時有利于氣體的再溶解； 因此，在不同工況下，通過試驗和理論計算，可以確定出選定液壓油的氣體析出消解速率 圖，這對液壓油的選用以及液壓元件的設計有重要意義。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明的油液中空氣狀態(tài)變化圖。
[0018] 圖2為本發(fā)明進行油液壓縮膨脹循環(huán)試驗的試驗臺。
[0019] 圖3為本發(fā)明油室內的油液壓力p隨時間t的變化關系圖。
[0020] 圖4為本發(fā)明油室內的油液壓力p隨活塞位移X的變化關系圖。
[0021] 其中，1-第一油箱，2-第二油箱，3-油室，4-熱電偶，5-壓力傳感器，6-蠕動栗， 7-透明油管，8-活塞，9-限位塊，10-伺服液壓缸。
【具體實施方式】
[0022] 下面結合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。
[0023] 本發(fā)明提供了一種液壓油壓縮膨脹過程中空氣析出消解速率的確定方法，其具體 實施步驟如下：
[0024] 第一步，確定油氣兩相混合油液的有效體積彈性模量E :
[0025] (1)根據有效體積彈性模量E的定義得知，
[0027] 其中，p為油液壓力；V為油液總體積；
[0028] (2)由于油液總體積V由純油液體積Vi和空氣體積V g組成，式⑴可以變形為式 (2)所示的形式，
[0030] (3)確定設定|ρ-ρ，|〈 ε，ε為預設的微小增量；以空氣的變化為例，畫出壓 力從Ρ到V的過程PV圖，如圖1所示，針對ρ到ρ'的微熱力過程，得出，
[0032] 其中，表示的是在壓力V時的空氣體積，λ表示空氣熱容比；
[0033] 由于，
，將公式（3)代入公式（4)中，得到，
[0035] 當ρ/V - 1時，可利用Taylor展開得到上式的極限為
[0037] (4)確定根據純油液體積與壓力的關系為
，其中％。為純油
液體積的某一常數值，Pc為在純油液體積在V 1(:時對應的壓力常數值，E。為純油液體積彈性 模量；
[0038] 對（7)進行壓力p求導，得出，
[0040] (5)由于油液中的空氣體積Vg及純油液體積V :分別與油液總體積V滿足，
[0043] 其中，a g為空氣體積含氣率；
[0044] (6)綜合公式（2)、（6)、（8)、（9)及（10)可得油氣兩相混合油液的有效體積彈性 模量E，
[0046] 第二步，建立油液含氣率模型：空氣質量含氣率fg與空氣體積含氣率a 間的關 系為：
[0048] 其中，Pl表示純油液的密度，P ,表示空氣的密度，且P 1和P g分別與壓力p之 間的關系可表示為：
[0051] 其中，p。為標準大氣壓，P g。表示在標準大氣壓p。下空氣的密度，P i。表示在標準 大氣壓Pc下純油液的密度；
[0052] 第三步，進行油液壓縮膨脹循環(huán)試驗：
[0053] (1)所述試驗的試驗臺參見附圖2,包括：第一油箱1、第二油箱2、油室座3、熱電 偶4、壓力傳感器5、蠕動栗6、透明油管7、活塞8、限位塊9及伺服液壓缸10 ;所述油室座3 設有一個軸向通孔為油室，用來存放油液；
[0054] 油室座3固定在安裝座上，活塞8的活塞桿與油室座3的油室孔軸配合，并通過伺 服液壓缸10實現活塞桿在油室內的往復運動，進而實現油室內的油液壓縮或膨脹，活塞8 的運動限位通過兩個限位塊9實現；第一油箱1和第二油箱2分別通過兩個透明油管7與 油室座3的油室連接，蠕動栗6安裝在透明油管7上，實現對油室的供