CN1126506A - 液体操作系统的方法和装置 - Google Patents

Abstract

如果改善液压系统中工作液体的状况，以及降低工作液体中空气和水份的含量在很大程度上能影响液压系统的操作状况。这项专利申请就是关于这方面的一种方法。这种方法之所以可行一是由于系统中工作液体与液压箱中的被动液体相分离，二是由于液压系统中的循环油通过一个液压净化装置，以综合的方式净化液体。这里通过真空处理来分离空气和水份，该装置还配备有吸收颗粒的过滤器。

Description

液体操作系统的方法和装置

该项发明是关于液体操作系统的方法和装置的，在液体操作系统中，液体的状况对于系统的可靠性和寿命有很大影响。此系统最好包括马达驱动的机器中的液压系统。

在不同类型的马达驱动的机器中，液压技术是很普遍的，它用于机器的推进，也用于机器的控制和运行。

推进是通过所谓的液压传动装置实现的，液压传动装置是先进的带有单独的进给回路的液压系统。活动机器的其余功能也毫无例外地由液压系统驱动，液压系统中，压力转换泵直接从液压箱中吸入工作液。推进装置的不同液压系统通常有相同的工作液和共同的液压箱。

油被用作工作介质。最常用的是矿物油，但是由于环境的原因，植物油的使用范围正在扩大。油在不同程度上是消耗品，需要周期性地更换。

液压箱通常是向外面的大气敞开的，使得液压油直接和空气接触。因此，液压箱中的油或多或少地含有不同的气体。此外，当温度降低时，大气中的水蒸气过饱和，凝结成液压箱表面上的水滴，这样水份也可以进入液压箱。而且，尽管空气经过过滤，但仍有固体颗粒伴随着流入的空气而进入液压箱。由于直接与空气接触，液压油受到不同方式的污染，结果是液压系统的操作状况恶化。

氧气，是一种溶于油的气体，但是它使得矿物和植物液压油发生化学分解，也使得各种橡胶产品发生化水份解。当温度升高时，分解过程加速，液压油中氧含量高也加快了腐蚀和内表面的磨损。

油中的空气和游离气泡引起效率下降、油温升高、噪声升高和泵内腐蚀破坏。直接从液压箱中吸油的泵更容易冒这种危险。

水是一种严重的污染，它加快了过滤器的堵塞，也加快了液压油的分解。水可以从外界进入油中，也可以作为油化学分解的剩余产物而产生。

人们做了很多努力以保持液压油处于最佳状况，防止液压油被污染。这些努力包括采用强有力的过滤，经常更换油和过滤器，以及各种积极措施。尽管采取了这些措施，在液压箱的油中，空气和水份通常还是饱和的，因此使得液压系统的寿命缩短，功能的可靠性变坏。

下面以介绍的方式，描述常规技术的主要特征。

图1中围起的图块中，明显是用ISO符号绘制的简图，描述了带有液压传动装置的液压系统，液压传动装置包括排量可变拆的泵51，泵51和电机52相连，组成一个封闭的高压，此回路中液体的流向可以反向。两个传动装置，下面称为液压机，可以在所有四个操作象限内工作，也就是说，液压电机的旋转方向和扭转方向可以反向。

传动装置的进给回路包括进给泵53，进给泵从液压箱54中吸油，通过止回阀55使闭合回路处于受压状态。在操作过程中，闭合回路中的液压油不停地和进给回路中的液压油混合。液压油经过回动阀58和连接装置61和62，使得和进给泵中流量相当的流量返回液压箱54。用这种方法余热和污染物可以被带离封闭的高压回路。返回的液体通常经过过滤器的净化和热交换器的冷却。进给回路中的液压油在循环过程中总是流经液压箱54，从那里油中的游离气泡可以释放到大气中。压力限制阀56和57决定进给回路的压力。闭合回路中的压力由特定的阀决定，图中没有画出。

系统的液压箱54包括一个部分充满油的容器，容器的内部通过所谓的空气过滤器和外部的大气相通。空气过滤器减少但并不能防止各种颗粒从外界渗入液压箱中。液压箱作为系统中液压油的膨胀室，液压箱中大气压力构成了液压油的进给压力，液压油通过所谓的吸管供应与之相连接的泵。

每个液压机是轴向活塞型的，其特征是转动部件在周围的外壳中自由转动，所提到的外壳中也有为转动部件而设的轴承，从这里泄露的油被收集起来，通过所谓的泄油管排出外壳外。上面提到的液压机包括图1所示的外壳59、60和方框内的组件。从阀56和57流出的液体通常直接流进上述的外壳中，然后通过泄油管61和62和泄露的油一起离开。

根据发明PCT/SE90/00714英各瓦斯特(H Ingvast)，通常的液压系统的上述缺点可以部分地通过完全切断液压油和外界大气的接触、部分地通过有效地净化颗粒和大气、水份来加以克服。作为完整的工作装置的发明，其主要特征如图2所示，在此它与上述的液压传动装置相连接。

该工作装置有一个封闭的容器63，容器63有一个返回接头66和一个压力接头67。封闭容器包括一个负压的腔室64，通过减压元件70和过滤器71，真空泵68、返回接头66和腔室64相连接。在容器中，还有一个含有离心泵的产生压力的元件69。这个离心泵使容器的高压腔65处于受压状态，高压腔和压力接头67直接连接。通过减压元件70和过滤器71，液压油可以直接从高压腔流回到负压腔。从而形成内部的循环回路。油的冷却器通常位于内部回路中，但是此处冷却器被一个外部冷却器2所代替。

负压腔只在一定程度上充满油。在这里产生很强的大气负压，结果使得溶于油中的空气释放到液体表面，通过真空泵、离开容器，同时调整压力和温度使得存在于油中的游离水汽化，以和空气同样的方式释放。值得注意的是，在操作过程中油不和大气接触，结果使得剩余的溶于油中的氧气将被消耗，同时氧化作用将减小。负压腔中的低压使得液压油体积的变化对3腔室中的压力影响很小。这样，腔也可作为系统中液压油的膨胀室。

因此，所描述的方法克服了上述的关于液压油状况的不足之处，在连接吸管50中产生高于大气压的压力。这样，在一个单元中，表面装置包括常规系统的一个液压箱、一个过滤器、一个冷却器和一个进给泵。而且，液压油独立地进行连续的脱水和脱气处理，而不论系统的其余部件是否处于运行状态。

图2所示方法的缺点是在某些情况下容器没有足够的容积。首先由于有泄漏的危险，对于容积变化大且要求的存储油量大的系统来说确是这样。这些情况通常存在于活动的工作机器中。此处，一方面的大量的液压缸使得液压箱中油的容积变化，另一方面是在某些时候比如在管子制动期间，有明显的泄漏油的危险。所描述方法的另一个缺点出现在系统停止工作期间，因为那时候如果设备没有以防止真空压力扩散的方式停止的话，有吸入空气的危险，比如通过轴的垫圈吸入空气。因此，图2所示的方法主要适用于或多或少连续运行的工业系统的应用。

这项发明是关于一种没有上述缺点的新方法的，但是它和上面提到的方法一样，以综合的方式来使液压油处于良好的状况。这一点通过具有权利要求中特征的设计来得以实现。

现在参考附图3至9来说明该项发明。图3表示了该发明的实施例，它用在活动机器中，其形式为常见的那种类型的液压传动装置的液压系统。图4和5表示了可选的另外的驱动装置，图6和7表示了两种液压驱动真空泵的具体形式。图8是该发明的另一种实施例，此处采用马达外壳作为产生状态的装置的一部分。图9是自动检测油面高度和介质的阀。

图3明显是该发明的实施例，它和前面图相类似，是以液压传动装置的形式与液压系统相联系。但是，该发明可以是各种形式的包括一个或多个泵、吸管彼此连接的液压系统的一部分。

正如前面所描述的，在传送装置中有一个进给泵53，它通过吸管50吸油，通过止回阀55使闭合回路处于受压状态。在操作中，闭合回路中的液压油和进给回路中的液压油不停地混合。通过回动阀58和连接装置57，和进给泵中的流量相当的流量返回回行管道5中。用这种方式，热和污染物被带出闭合的高压回路。返回的液压油通过过滤器净化，通过热交换器冷却。

在这种情况下，进给回路中的液压油在循环回路中返回吸管50，而不经过液压箱18。因此，液压箱中的油变成被动的，但是通过管20和系统的循环油相连通。在所提到的包括连接装置5的循环回路中，液压油通过净化装置4，目的是以类似前述方式使空气和水份从液压油中脱离。

系统的循环油不经过混有各种气体的液压箱18，如果液压油的循环回路包括液压箱，那么经净化装置4处理后的循环油将连续地混入气体，这将降低净化的效率。液压箱中的油是不运动的，因而液压箱中的被动油温度低，分解速度慢，同时实现了循环油的净化程度更高。

净化装置4包括一个对外界完全封闭的室，此处为容器9。喷吸泵1是由装置的入口79和出口80间的压力差驱动的，象连接装置5一样，入口79和出口80是循环回路的一部分，来自泵53的液压油在循环回路中流动。这种情况下，所提到的压力差是由通过止回阀3的减压作用决定的。

自动检测油面高度的装置使得容器中保持几乎恒定的油面高度。这个装置包括一个浮标7，浮标的移动能够改变节流阀8的节流作用。因此，液体的量维持在相对恒定的高度。如果高度太高，节流作用增加，使得从喷吸泵的吸入口接头16吸出的流量大于从入口8和进料管17供应的流量。

真空管13和容器中没有液体的那部分10连接。真空泵可以是油推进装置的主电机驱动或机械驱动的，可以是膜板型、翼型或活塞型的，但是它可以是由气体或液体驱动的喷吸泵。真空泵由容器内的压力直接或间接控制。按照所选择的泵的类型，需要一个止回阀以维持压力。

喷吸泵1是个通常的设计，它的吸入口接头和容器中装有液体的那部分相连接。液压油以高的流速从入口79经过喷吸器的压力接头14流过喷嘴。此后流过所谓的喷射器，然后再流过回流接头15，进而流到出口80。喷射器包括一个稍微张开的管道，在那里液压油的动力能转变成压力能。喷吸器的吸入口接头16和提到的喷嘴和喷射器间的两个剩余接头相连接。

容器9中的最低压力由真空泵决定，它不低于喷吸器所能产生的压力。这样，即使对于容器9中的最高负压，喷吸泵也有通过吸入口接口16的正流量。因此，理论上讲，经过喷吸器的油中，溶于油的气体过饱和，在短时间内，少量的自由气泡再出现在返回流量中。

泵53的入口压力直接取决于液压箱18的压力。液压箱中的油通过过滤器6受到大气压力的影响，但是液压箱可以造成完全封闭的，通过一种气体可以使之处于超压力状态。这个超压力加快了进油进程，降低了冷起动情况下气蚀的危险。如果液压箱的压力允许变化，可以使用压力调节阀，使得喷吸器的喷射器总是在同样的压力差下工作，与液压箱的压力无关。图6描述了一个这种阀作用的例子。

根据系统中油量容积的变化，通过管道20，油可以供给液压箱或从液压箱中取出。如果相应于系统中正常容积变化来说，管道20的容积大，则活动的、调节的油和液压箱中的油之间的相互作用很小。因此，管道20最好比较粗，它的某一部分长度从内部定位在液压箱中，以增大管道的容积。然后活动油被供给最少量的氧气和空气，被动油保持在低的温度。

当泵53停止时，喷吸作用停止，容器中所产生的负压从液压箱中吸入工作液体，直到压力平衡为止。当泵53起动时，通过喷吸的运转，状态自动恢复。

图3所示的实施例一般可用于所有存在的包含一个或多个最好是可拆卸类型的泵的系统。上述的泵不必有系统的进给泵或主泵的功能，但是仅仅为了这个目的，驱动净化装置的泵可以是系统中的一部分。

原则上，所提到的喷吸泵可以用通常的可拆卸型或离心型的泵所代替。如图4所示这样一种形式，此处，通常的泵38以喷吸器的方式，从吸入口接头6吸油。泵38由电动机39驱动，正如喷吸器由循环回路中的液体驱动一样。替代喷吸泵的通常的泵也可以别的方式驱动。然后所有通过出口80的油得流过容器9。图5表示了一种形式，此处，泵由电机90驱动。

图3中真空泵的形式通常是电动的，它的运行除了要求电力供应外，还要求压力和温度控制。在某些情况下，这些要求是个缺点，是可以简化的。下面给出一种净化装置的形式，它没有这些缺点，在这里，真空泵是液压驱动的。

图6表示了一种形式，此处，真空泵的功能通过活塞装置来产生，活塞装置象钟表一样周期性地、与油面高度变化同时地进行振动。活塞装置有个带有活塞47的低的液压缸，低的液压缸和带有活塞48的高的液压缸通过普通的活塞杆49相连接。低液压缸内的腔室77通过装置的进料管17和入口79与输入液体相连通。腔室77通过活塞杆上的孔以液压的方式和高液压缸的上部腔室78相连接。高液压缸的下部腔室35包括真空泵本身，它通过止回阀36和容器内，没有液体的部分10相连通，通过止回阀37和外界大气相连通。活塞装置部分地由面积差来控制，部分地由腔室77和78间的压力差来控制，压力差是以如下方式从浮标74的影响中产生。

通过容器的液压油经过有静止调节作用的最初的节流器72，此后经过第二个节流器73，这里以活塞杆上的孔来描述。由于这个孔是否被遮盖取决于浮标的位置，因此这个节流器有不同的影响。当孔被遮盖时，活塞向下移动，空气被出大气中；当孔没有被遮盖时，相反的情况产生，空气被吸进真空泵。

通过喷吸阀1，油被连续地从容器中吸出，如果以节流孔73的形式存在的第二个节流器被遮盖，那么浮标向下移动。通过节流器72有效地调整活塞的面积和流量，使得带有节流孔的活塞杆向下移动的速度比浮标快。从而活塞的移动停止，当它到达下端的位置时静止不动。当油面高度降得很低，使得浮标没有遮盖节流孔73的时候，腔室78中的压力减小很多，使得活塞装置向上移动，从而下部腔室35的容积增大，结果使得空气通过止回阀36被吸入。

产生向上移动的原因是由于从节流孔73流出的最初的油量有一部分被截在浮标的凹坑75中，使得浮标超重，相对于液体表面下降到一个新的低的高度，从而节流孔有大的余量不被遮盖住。现在，通过节流孔73流进去的油量大于被吸出的油量，活塞装置和浮标向上移动。在向上移动刚开始的时候，浮标相对于油面高度最初的下降使得活塞装置到达它的上端位置之前，浮标和油面高度上升的距离要比活塞装置长。当油面高度上升得很高，使得浮标对于孔73的遮盖作用达到了平衡点，即通过孔73进去的流量等于通吸入口接头16出去的流量时，最初的节流器和第二个节流器间连接部分的压力上升。在到达平衡点之前，腔室78中的压力提高，活塞装置向下的移动开始，结果使得节流孔73被完全遮盖，输入流量停止。在这具位置，由于凹坑75中的油量通过活塞环隙76排出，浮标慢慢恢复到相对于油面高度较高的高度。

所描述的过程假设当浮标处于较低的转折点时，浮标的凹坑排出油。因此，所提到的浮标的凹坑最好采用那种方式，在凹坑中产生内部空间。这样的措施减小了当液体在容器中来回飞溅时，凹坑无意中盛满液体的危险。

为了通过喷吸器的吸入口接头16产生恒定的流出量，喷吸器前后的压力由两个压力限制阀44和45来控制，此处压力限制阀根据ISO，采用标准符号进行了标记。通过管道46，压力限制阀向喷吸器的吸入口接头16处排出液体，结果使得接头14和15相对于吸入口接头16的压力差保持恒定。这种形式的阀44取代了图3形式中的止回阀3，使得系统中所有的油都流经入口79。在这种形式中，过滤器11可能还有冷却器被适当地定位在阀44的后面，使得它们形成一个带有净化装置4的设备。

上面提到的浮标沿着活塞杆线性移动，产生流向容器的油的第二个节流器。小缝隙的长距离的线性移动，可以由于各种原因有夹紧的危险，因此有大的压力增强的小的浮标移动是所希望的。图7表示了如何通过摇杆活动使浮标和活塞装置的活塞杆相连接进而实现这一点。

这里只表示出了与描述相关的净化装置的那些部分，略去的部分被假设成和图6所示形式中的部分完全相同。容器9和以前一样假设是液压缸形式的，上部的活塞腔室最好是液压缸的主要部分。浮标，外面是球形的，定位在液压缸的中央，它通过转轴81和摇杆42连接。所提到的转轴垂直于纸面方向扩展，浮标以活动方式安排在转轴的端部，使得浮标能绕着转轴以低摩擦转动。摇杆42通过转轴铰链43以活动方式和阀座40连接，摇杆的摆动影响阀元件41。阀座固定在活塞杆上，和活塞杆上的孔有液压的连接，使得通过摇杆的活动来完成上面所提到的第二个节流作用。

浮标有个内腔75，它接收通过第二个节流器流进容器的流体。内腔通过浮标上的竖直的孔和活塞杆之间的活塞环隙76排出液体。装置根据上面的描述运行。当活塞装置向上运动时，浮标的内腔全部或部分地装满液体；当活塞装置向下运动时，浮标的内腔排出液体。浮标的球形形状和浮标在液压缸容器中的中央位置，使得浮标的位置及其压力影响与容器的倾斜无关。

所描述的方法是几种可能的产生液压驱动真空泵方法中的一种。比如，原则上可以将阀座40固定在容器上而不是固定在可动的活塞杆上。这种情况下，摇杆必须产生较大的活动，结构也变得更加复杂，但是效果是相同的。活塞47产生的压力也可以由弹簧力来替代。

用类似于图6或图7的形式建成的一种净化装置的可能形式有液压的，在液压缸的上部，活塞48和真空泵腔室35是主要部分，在液压缸的中部固定有连接装置79和80，在液压缸中，腔室的可拆卸的底部包括过滤器11。过滤器包括过滤元件和过滤容器，当更换过滤元件时，过滤容器可以拆卸。净化装置象一根管子，长约0.5至1米，在一半长度附近，装有液压入口和出口。

图8表示了该发明的一个应用，此处，密封室包括电机52的壳60。这意味着电机壳取代了前面图中的容器9。电机的转动部分最好是在壳内没有液体的部位。由于减少了损耗，因此这是一个优点，尤其对于快速运行的电机更是如此。同样的方式也适用于泵体和齿轮箱。

这里的液面高度调整装置包括自动检测液体的阀12，阀12定位在喷吸器1的吸入口接头上。这种情况下，由于阀12只允许液体通过，因此喷吸泵只能吸油。真空泵35的吸入口接头直接接在电机壳的上部。

图9表示了所提到的自动检测液体的阀12的一种形式。带有阀体21的阀允许液体按箭头方向流动。因此，阀的出口22比入口的压力低。导向开口27所在的工作面、金属膜盒的上部、泵体21支承套管25有固定连接。阀元件23控制通过活塞环隙30的流量。阀元件由金属膜盒24的弹簧力维持在闭合位置。当阀打开的时候，导向开口27比节流孔28的开口大得多。27的开口面积由阀元件26控制，阀元件26和浮体29连在一起。如果由于浮体被液体包围，阀元件26离开开口27的距离增大时，金属膜盒内的压力和入口侧的压力要保持相同，结果使得阀的开口压力低，

当按照图示方式安装时，液体允许以低的开口压力通过，而气体将使导向开口封闭，产生高的开口压力。当以相反的顺序安装，出口开口22朝上时，功能将相反，即气体允许以低的开口压力通过。这样，阀最好与真空泵的连接装置相连接，以防止油被吸入泵中。

也可以许多净化装置连在一起以提高质量。如果把图3或图7所示的净化装置和图8所示的净化装置以并联回路引入同一个系统，可能得到好的脱气和脱水性能，同时也是一个减少泵和电机损耗的简单的方法。

Claims (7)

1.一种净化液压系统或润滑系统中液体的方法，该方法包括一个从液体中去除气体和水份的净化装置，该系统包括一个用来抽取工作液体的泵和一个构成系统中液体的膨胀室的液压箱，其特征在于泵(53)抽取系统循环回路中的工作液体，使得液体能在净化装置(4)中有效地得到净化，这样，循环回路中的工作液体不经过含膨胀室的液压箱(18)。

2.从液压系统或润滑系统的液体中除去气体和水份的净化装置，包括作为系统中液体伸缩室的液压箱、抽取循环回路中液体的泵在循环回路中，净化装置是一个主要部分，净化装置的出口和泵的入口相连接，该净化装置的特征在于：它包括下面一些特征：

—带有一个没有液体的上部(10)和包含一个影响腔室中液面高度的液面自动检测装置(7)的封闭室(9)，其中，腔室中没有液体的部分和真空泵(35)连接，真空泵能从腔室中吸取空气，使腔室中的压强比净化装置出口处的压强低；

—从封闭室(9)中吸取液体的压力产生装置(1)。

3.按照权利要求2的装置，其中特征是：真空泵(35)从循环回路的液体流动中获得驱动能。

4.按照权利要求2的装置，其特征是：压力产生装置包括一个所谓的喷吸泵，喷吸泵的压力接头(14)和装置的入口(79)相连，回送接头(15)和装置的出口(80)相连，吸入口接头(16)和封闭室(9)装满液体的那部分相连。

5.按照权利要求2至4任何一项的装置，其特征在于：所提到的封闭室(9)包括系统中存在的液压泵或电机(52)的盖(60)，因此，盖成为该装置的一个主要部分。

6.按照权利要求2至5任何一个中的装置，其特征在于：循环回路中的液体在过滤器(11)中经过过滤，以除去颗粒，该装置的特点在于它包括液压缸形式的延伸部分，所提到的过滤器(11)和该延伸部分的低的一边相连接，使得经过该装置入口(79)的液体得到过滤。

7.按照权利要求3至6任何一个中的装置，其特点是真空泵(35)包括下面一些特征：

—活塞装置(47-49)，其中所提到的真空泵的泵室是一个主要部分，通过两个止回阀(36-37)，一方面和封闭室(9)相连，另一方面和外界大气相连。

—进入封闭室(9)内的流体是从装置的入口(79)经过最初的节流器(72)和第二个节流器(73)而流进室内的。

—所提到的活塞装置有一个活塞腔室(82)，它和经过最初节流器的通道流进来的流体相连通。

—液面自动检测装置包括一个浮标(74)，它产生的向上的力受通过液体收集凹坑(75)进入封闭室的输入流量的影响，此处，浮标向上的力影响控制封闭室输入流量的第二个节流器(73)。

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