一种液压油压缩膨胀过程中空气析出消解速率的确定方法技术

本发明专利技术公开了一种液压油压缩膨胀过程中空气析出消解速率的确定方法，属于流体传动与控制技术领域；其基本步骤为：第一步，进行油液压缩膨胀循环试验，测得油室内的油液压力p随时间t的变化关系及油室内的油液压力p随活塞位移x的变化关系；第二步，基于第一步中获得的变化关系，利用公式计算任意时刻t下油液的空气质量含气率fg；第三步，求得质量含气率fg的数值后，通过差分计算求得质量含气率的变化率，确定出液压油压缩膨胀过程中空气析出消解速率本发明专利技术通过测量不同条件下油液的密度和有效体积弹性模量，求解液压油压缩膨胀过程中空气析出消解速率，为指导液压元件液压油的使用与防空化设计提供参考。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于流体传动与控制
，具体涉及一种液压油压缩膨胀过程中空气 析出消解速率的确定方法。
技术介绍
随着工业应用和环境保护要求的提高，液压传动元件如齿轮栗、柱塞栗等正朝着 低噪声、低流量脉动以及高压高速化的方向发展；但很多时候由于回路的背压有限，油液流 速较高，导致流场内出现局部低压区；此时，溶解在液压油中的空气会析出而发生空化现 象，空化会直接影响液压元件的工作性能，并引发系统的振动和噪声，甚至造成元件失效； 了解空化的发生规律并加以有效控制，具有重要工程价值。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种液压油压缩膨胀过程中空气析出消解速率的 确定方法，通过测量不同条件下油液的密度和有效体积弹性模量，求解液压油压缩膨胀过 程中空气析出消解速率，为指导液压元件液压油的使用与防空化设计提供参考。 本专利技术是通过下述技术方案实现的： 第一步，进行油液压缩膨胀循环试验，测得油室内的油液压力p随时间t的变化关 系及油室内的油液压力P随活塞位移X的变化关系； 第二步，基于第一步中获得的变化关系，利用公式（18)计算任意时刻t下油液的 空气质量含气率fg; 其中，X。表示第一步中油液压缩膨胀循环试验中循环周期开始时活塞的位置，Ap表示活塞的活塞头横截面积，V。表示循环周期开始时的油室体积；p。为标准大气压，P g。表 示在标准大气压下空气的密度，P 1(:表示在标准大气压下纯油液的密度；E。为纯油液体积 弹性模量；λ表示空气热容比，λ取1. 4 ; 第三步，求得质量含气率匕的数值后，通过差分计算求得质量含气率的变化率，确 定出液压油压缩膨胀过程中空气析出消解速率％。 fit 进一步的，在第一步中的油液压缩膨胀循环试验的试验台包括：第一油箱、第二油 箱、油室座、热电偶、压力传感器、蠕动栗、透明油管、活塞、限位块及伺服液压缸；所述油室 座设有一个轴向通孔为油室； 油室座固定在安装座上，活塞的活塞杆与油室座的油室孔轴配合，并通过伺服液 压缸实现活塞杆在油室内的往复运动，活塞的运动限位通过两个限位块实现；第一油箱和 第二油箱分别通过两个透明油管与油室座的油室连接，蠕动栗安装在透明油管上；热电偶 和压力传感器固定在油室座内； 在进行第一步的油液压缩膨胀循环试验之前，使活塞的活塞头位于两个限位块的 中位位置，并通过驱动系统控制活塞的位置不变，然后通过蠕动栗将油液从第一油箱经过 油室座的油室后送到第二油箱中，排出油室内部的所有空气，以便观察；当空气都排除后停 止蠕动栗的供油，并将油室座与第一油箱及第二油箱断开连接，然后将油室座的油室通过 单向球阀密封；上述准备完成后，便可以开始驱动伺服液压缸对油室座的油室进行周期性 地压缩和膨胀； (1)测量油室内的油液压力p随时间t的变化关系：伺服液压缸驱动活塞做周期 性往复运动对油室内的油液进行压缩膨胀试验，设定活塞运动周期为ls，在一个循环周期 内，测量并制得油室内的油液压力P随时间t的变化关系图； (2)测量油室内的油液压力p随活塞位移X的变化关系：伺服液压缸驱动活塞做 周期性往复运动对油室内的油液进行压缩膨胀试验；试验中数据采集系统的采样频率为 2048Hz，油液压力p和活塞位移X的数据按照这一频率采集；后续计算使用的测量数据是 在试验运行一段时间后数据采集系统的跟踪误差收敛到很低时得到的，根据连续采集的50 个压缩膨胀循环的原始数据进一步计算出一个周期内2048个采集点上的平均值和相应的 标准差。 有益效果：（1)本专利技术不同于传统对油液含气率的测试，针对油液中空气析出消 解速率的测试更能体现液压油的属性特征，对分析空化的发生机理更为深入。 (2)本专利技术的油液压缩膨胀试验中采用的循环时间和最高循环压力对空气的析出 消解速率有重要影响；若缩短循环时间则油液压力变化梯度增大，气体析出溶解速率会加 快；若提高循环压力，则气体不易从油液中析出，含气率降低，也同时有利于气体的再溶解； 因此，在不同工况下，通过试验和理论计算，可以确定出选定液压油的气体析出消解速率 图，这对液压油的选用以及液压元件的设计有重要意义。【附图说明】 图1为本专利技术的油液中空气状态变化图。 图2为本专利技术进行油液压缩膨胀循环试验的试验台。 图3为本专利技术油室内的油液压力p随时间t的变化关系图。 图4为本专利技术油室内的油液压力p随活塞位移X的变化关系图。 其中，1-第一油箱，2-第二油箱，3-油室，4-热电偶，5-压力传感器，6-蠕动栗， 7-透明油管，8-活塞，9-限位块，10-伺服液压缸。【具体实施方式】 下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。 本专利技术提供了，其具体 实施步骤如下： 第一步，确定油气两相混合油液的有效体积弹性模量E : (1)根据有效体积弹性模量E的定义得知， 其中，p为油液压力；V为油液总体积； (2)由于油液总体积V由纯油液体积Vi和空气体积V g组成，式⑴可以变形为式 (2)所示的形式， (3)确定设定|ρ-ρ，|〈 ε，ε为预设的微小增量；以空气的变化为例，画出压 力从Ρ到V的过程PV图，如图1所示，针对ρ到ρ'的微热力过程，得出， 其中，表示的是在压力V时的空气体积，λ表示空气热容比； 由于，，将公式（3)代入公式（4)中，得到， 当ρ/V - 1时，可利用Taylor展开得到上式的极限为 (4)确定根据纯油液体积与压力的关系为，其中％。为纯油液体积的某一常数值，Pc为在纯油液体积在V 1(:时对应的压力常数值，E。为纯油液体积弹性 模量； 对（7)进行压力p求导，得出， (5)由于油液中的空气体积Vg及纯油液体积V :分别与油液总体积V满足， 其中，a g为空气体积含气率； (6)综合公式（2)、（6)、（8)、（9)及（10)可得油气两相混合油液的有效体积弹性 模量E， 第二步，建立油液含气率模型：空气质量含气率fg与空气体积含气率a 间的关 系为： 其中，Pl表示纯油液的密度，P ,表示空气的密度，且P 1和P g分别与压力p之 间的关系可表示为： 其中，p。为标准大气压，P g。表示在标准大气压p。下空气的密度，P i。表示在标准 大气压Pc下纯油液的密度； 第三步，进行油液压缩膨胀循环试验： (1)所述试验的试验台参见附图2,包括：第一油箱1、第二油箱2、油室座3、热电 偶4、压力传感器5、蠕动栗6、透明油管7、活塞8、限位块9及伺服液压缸10 ;所述油室座3 设有一个轴向通孔为油室，用来存放油液； 油室座3固定在安装座上，活塞8的活塞杆与油室座3的油室孔轴配合，并通过伺 服液压缸10实现活塞杆在油室内的往复运动，进而实现油室内的油液压缩或膨胀，活塞8 的运动限位通过两个限位块9实现；第一油箱1和第二油箱2分别通过两个透明油管7与 油室座3的油室连接，蠕动栗6安装在透明油管7上，实现对油室的供当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液压油压缩膨胀过程中空气析出消解速率的确定方法，其特征在于，第一步，进行油液压缩膨胀循环试验，测得油室内的油液压力p随时间t的变化关系及油室内的油液压力p随活塞位移x的变化关系；第二步，基于第一步中获得的变化关系，利用公式(18)计算任意时刻t下油液的空气质量含气率fg；fg=ApV0-Ap(x-x0)/dpdx-1E01pλ-1E0·ρg0(pp0)1/λρ10ep-p0E0---(18)]]>其中，x0表示第一步中油液压缩膨胀循环试验中循环周期开始时活塞的位置，Ap表示活塞的活塞头横截面积，V0表示循环周期开始时的油室体积；p0为标准大气压，ρg0表示在标准大气压下空气的密度，ρl0表示在标准大气压下纯油液的密度；E0为纯油液体积弹性模量；λ表示空气热容比，λ取1.4；第三步，求得质量含气率fg的数值后，通过差分计算求得质量含气率的变化率，确定出液压油压缩膨胀过程中空气析出消解速率

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周俊杰，魏超，胡纪滨，苑士华，刘建豪，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11