范玉林，張明祥，張營杰，馮東曉，牛 勇

（1.中國重型機(jī)械研究院股份公司，陜西西安710032 2.國核寶鈦鋯業(yè)股份公司，陜西寶雞721013）

0 引言

近年來，我國在能源、軍工和交通等重大裝備制造領(lǐng)域發(fā)展迅猛，對大型復(fù)雜鍛件有很大需求。快鍛油壓機(jī)是20世紀(jì)60年代開始發(fā)展起來的一種新型鍛壓設(shè)備，用于鋼錠開坯和自由鍛件的壓力加工，特別適合合金成分較高材料的鍛造，在自由鍛設(shè)備中被認(rèn)為是發(fā)展的主要方向之一，世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國家都在大力開發(fā)；特別是近年來液壓技術(shù)和微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，更加速了這種進(jìn)程[1-5]。

在快鍛油壓機(jī)運(yùn)行、維修和保養(yǎng)過程中，會(huì)有氣體聚集在油缸內(nèi)，若不及時(shí)排除氣體，會(huì)使得壓機(jī)加壓慢、產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)，使得油缸和管路的金屬表面受到腐蝕，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞。不正確的排氣方法，會(huì)使得放氣閥損壞，嚴(yán)重的可引起放氣閥爆裂，引發(fā)安全事故。本文研究了傳統(tǒng)的主缸放氣方法及產(chǎn)生的危害，提出了正確的放氣方法。

1 快鍛油壓機(jī)主缸和回程缸控制系統(tǒng)

快鍛油壓機(jī)主缸和回程缸控制系統(tǒng)同時(shí)作用下完成動(dòng)梁的快下、加壓、回程、慢下以及快速回程等動(dòng)作，如圖1所示。主缸控制閥系統(tǒng)主要由進(jìn)液閥、排液閥、充液閥及主缸放氣閥等部分組成，實(shí)現(xiàn)主缸的高壓進(jìn)液、停止及主缸內(nèi)高壓油液的卸壓、排液及主缸放氣等功能。由于壓機(jī)運(yùn)動(dòng)部分的質(zhì)量相對較大，且主缸的行程及直徑均較大，為了保證壓機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行，減小因液壓沖擊而造成的設(shè)備震動(dòng)，主缸進(jìn)液、排液閥采用鍛造壓機(jī)專用閥。該閥的顯著特點(diǎn)就是可以按照設(shè)定的理想曲線進(jìn)行啟閉動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)壓機(jī)各動(dòng)作轉(zhuǎn)換時(shí)的平穩(wěn)過渡，即從源頭上減少造成設(shè)備震動(dòng)的液壓沖擊。主缸放氣閥為普通的電磁換向閥，當(dāng)主缸內(nèi)有氣體時(shí)，通過該閥放氣。

回程缸控制系統(tǒng)主要由進(jìn)液閥、快降閥、慢降閥、平衡閥、排液閥及安全閥等部分組成，實(shí)現(xiàn)高壓進(jìn)液、關(guān)閉及回程缸內(nèi)高壓液的卸壓排液及背壓排放等功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)動(dòng)梁的快、慢速空程下降、動(dòng)梁質(zhì)量平衡及快速回程等動(dòng)作。

圖1 快鍛油壓機(jī)主缸和回程缸控制系統(tǒng)

2 主缸中氣體的產(chǎn)生

液壓油液中總是含有一定量的空氣的。空氣可溶解在液壓油液中，也可以氣泡的形式混合在液壓油液中?？諝庠谝簤河鸵褐械娜芙饬亢鸵簤河鸵旱慕^對壓力成正比（亨利法則），例如在一個(gè)大氣壓下液壓油常溫時(shí)約含有6%～12%的溶解空氣，溶解空氣對液壓油液的體積模量沒有影響。一般來說，在靜止?fàn)顟B(tài)下，空氣溶解于油液的過程并不很快，因此油液中混入的氣泡要靠通過系統(tǒng)高壓區(qū)來全部溶解是不太可能的，如圖2所示。油液的壓力降低時(shí)，溶解在油液中的氣體會(huì)從油液中分離出來。在一定溫度下，當(dāng)液壓油液壓力低于某值時(shí)，溶解在油液中的過飽和空氣將會(huì)突然地迅速從油液中分離出來，產(chǎn)生大量氣泡。當(dāng)液壓油液在一定溫度下壓力值小于一定值時(shí)，油液本身迅速汽化，產(chǎn)生大量的蒸汽氣泡[6]。

綜上所述，在壓機(jī)的運(yùn)行期間，會(huì)有部分氣體溶于液壓油中，當(dāng)壓機(jī)停止運(yùn)行一段時(shí)間后，由于壓力和溫度的變化，溶解于液壓油中的氣體會(huì)解析出來，對于壓機(jī)中最大的油缸——主缸，有一定量的氣體經(jīng)常會(huì)聚集在其上端。當(dāng)壓機(jī)運(yùn)行時(shí)，若不及時(shí)排出，會(huì)出現(xiàn)加壓慢和噪聲大等現(xiàn)象，嚴(yán)重的會(huì)產(chǎn)生氣蝕，對油缸和液壓元件產(chǎn)生破壞，影響設(shè)備壽命。

圖2 油液中放出氣體體積與壓力間的關(guān)系

3 傳統(tǒng)的放氣方法及可能產(chǎn)生的危害

傳統(tǒng)的放氣方法為主缸排液閥關(guān)閉，主缸進(jìn)液閥打開給主缸進(jìn)液，主缸放氣閥打開，并持續(xù)一定時(shí)間，油氣混合物會(huì)通過放氣閥排回油箱，達(dá)到排氣的目的。這種放氣方法，主缸內(nèi)是不能有過高壓力的，否則，會(huì)產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象，發(fā)生重大安全事件。

放氣閥一般是普通的電磁換向閥，一端接主缸，另一端接回油即壓力基本為零。當(dāng)主缸內(nèi)有較高壓力時(shí)，主缸放氣閥突然打開，對于主缸較大面積和流量，液壓油通過電磁換向閥相當(dāng)于過一節(jié)流口后壓力下降，如該處壓力低于液壓油液工作溫度下的空氣分離壓，溶解在油液中的空氣會(huì)迅速地大量分離出來，變成氣泡，產(chǎn)生氣穴。在液壓系統(tǒng)中的任何地方，只要壓力低于空氣分離壓，就會(huì)發(fā)生氣穴現(xiàn)象。當(dāng)氣穴現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，液流的流動(dòng)特性變壞，特別是當(dāng)帶有氣泡的液壓油液被帶到下游高壓部位時(shí)，周圍的高壓使氣泡絕熱壓縮，迅速崩潰，局部可達(dá)到高的溫度和沖擊壓力。實(shí)驗(yàn)表明：在38℃下，壓力分別為6.8、13.6、20.4MPa時(shí)，氣泡崩潰處的局部溫度可達(dá)766℃、993℃、1149℃,沖擊壓力可以達(dá)到幾百兆帕[6]。在這樣的局部高溫和較高的沖擊壓力下，換向閥極易發(fā)生爆裂，引發(fā)安全事故。

4 新的主缸放氣方法

要杜絕這種安全隱患，首先要防止氣穴現(xiàn)象的發(fā)生。在現(xiàn)有元件不變的條件下，為了防止氣穴現(xiàn)象的產(chǎn)生，就要防止液壓系統(tǒng)中壓力過度降低，即減小閥孔前后的壓差，一般希望閥孔前后的壓力比P1/P2<3.5[6]。根據(jù)這一點(diǎn)，提出了一種新的放氣方法。主缸放氣時(shí)，首先主缸放氣閥打開，主缸進(jìn)液閥和排液閥關(guān)閉，即防止主缸上壓，回程缸進(jìn)液閥打開，壓機(jī)回程，主缸的液壓油經(jīng)過主缸放氣閥被動(dòng)排液，由于回程缸的面積大大小于主缸的面積，則主缸的壓力基本上接近于零，這樣保證換向閥進(jìn)出口壓力比小于3.5，也就完全杜絕氣穴現(xiàn)象的發(fā)生，消除了安全隱患。對于這種新的放氣方法，在當(dāng)今壓機(jī)控制系統(tǒng)中，很容易通過PLC編程實(shí)現(xiàn)。在液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試過程中，要充分考慮使用者的誤操作對系統(tǒng)的影響，最大限度減少安全事故的發(fā)生，保證設(shè)備安全運(yùn)行。

5 結(jié)論

快鍛油壓機(jī)是20世紀(jì)60年代開始發(fā)展起來的一種新型鍛壓設(shè)備，在壓機(jī)運(yùn)行、維修和保養(yǎng)過程中，會(huì)有氣體聚集在油缸內(nèi)，這些氣體需要及時(shí)排除。研究了傳統(tǒng)的主缸放氣方法及可能產(chǎn)生的危害，提出了正確的放氣方法。對于這種新的放氣方法，很容易通過PLC編程實(shí)現(xiàn)，避免了誤操作對系統(tǒng)的影響，最大限度減少安全事故的發(fā)生，保證設(shè)備的安全運(yùn)行。

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[6]章宏甲，黃 誼.液壓傳動(dòng).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.