汽車駕駛室液壓翻轉升降系統中混入空氣的危害和處理

朱碧霞

（東風（十堰）汽車液壓動力有限公司，十堰 442013）

汽車駕駛室液壓翻轉升降系統隨著整車駕駛室舒適性的增加，在商用載貨汽車上得到大量應用，當需要維修發動機等底盤零部件時，可以實現整車駕駛室的液壓翻轉升降功能。目前，商用車駕駛室液壓翻轉升降系統的應用已經趨于成熟，產品也得到廣大用戶的認可，但該產品的系統維修及故障率還需進一步改善，以某公司整車銷售數值為例，2011年8月份～2012年5月份，共10個月，合計售后返回3 306件，通過逐件模擬試驗、拆解、分析，僅經清洗、換油等就恢復使用功能的2 466件，占總返回件的74.6%。這部分總成件主要原因是系統混入空氣或氣泡后引起的客戶誤判或客戶不知道怎么處理最終強制換件造成的。因此，對汽車駕駛室液壓翻轉升降系統中混入空氣的預防和處理就迫在眉睫了。

1 液壓翻轉升降系統混入空氣的原因及途徑

1.1 汽車駕駛室液壓翻轉升降系統介紹

汽車駕駛室液壓翻轉升降系統由油泵總成 （手動油泵或手電動組合油泵）、油缸總成（單油缸或雙油缸）、連接管路三部分組成，在整車上通常選擇安裝在駕駛室左側/右側擋泥板附近 （見圖1和圖2），有的車型為了方便整車的布置，也會選擇在駕駛室腳踏板后面。無論哪種安裝方式對系統的維護都不是很方便，所以我們就需要結合該液壓產品的特性，從系統混入空氣角度分析，努力降低系統維修及故障率。

1.2 液壓翻轉升降系統內部的氣體有兩種來源

（1）從外界被吸入到系統內的，叫混入空氣。

（2）由于氣穴現象產生在液壓油中溶解空氣的分離。

1.3 混入空氣的原因

通常液壓油是含有吸水性的，內含有微量水分。當汽車駕駛室液壓翻轉升降系統運行后停止工作時，整個系統溫度會有所降低，空氣中的水氣凝結成水分子混入油中，將降低液壓油的粘度，并促使液壓油氧化變質；當液壓系統運行時油液被壓縮時，溫度升高，氣體的溶解度變小就會析出形成氣泡，或者當系統油液經過節流元件時，由于壓力瞬間變小，液壓油中含有的水分也會瞬間氣化，形成氣泡，使液壓油的潤滑性能變差還會產生氣蝕，引起系統發生噪聲、振動等問題。

1.4 空氣混入的途徑

（1）翻轉升降系統液壓油泵吸油時，油罐中油面過低或吸油口未在油面以下造成吸油不暢、吸空而吸入空氣。

（2）液壓泵吸油管處的過濾網被雜質、污物堵塞，或過濾網網孔太密吸油不暢形成局部真空，吸入空氣。

（3）油罐中吸油口與回油口相距太近，帶一定壓力的回油進入油罐時飛濺、攪拌油液產生氣泡，氣泡來不及消泡就被吸入泵內。

（4）回油管在油面以上，當系統停止工作時，空氣從回油管逆流而入（當泵內有負壓時）。

（5）升降系統中各油管接頭、軟管連接處密封不嚴，或因振動、松動等原因，空氣乘隙而入。

（6）因密封破損、老化變質或因密封質量差、密封槽的加工不同心等原因，在有負壓的位置（例如液壓缸活塞桿、泵軸油封等處），由于密封失效，空氣便乘虛而入。

2 混入空氣的危害

汽車駕駛室翻轉升降系統中混入空氣以后，因為低壓空氣的可壓縮性為油液的成千上萬倍，增大了油液的彈性，導致油氣混和液可壓縮性增大1 000倍，降低了系統的剛度，使作為動力元件的油泵系統出現油泵吸油不充分，舉升次數增加，舉升時間延長；使作為執行元件的油缸產生爬行導致舉升時間長，客戶不滿意；同時變質油液破壞了系統工作的平穩性，導致液體的不規則流動，使駕駛室翻轉升降系統上升下降過程中出現液壓沖擊，俗稱“抖動”現象，影響液壓翻轉升降系統的正常工作，顧客有不安全感。

液壓油中混入空氣后，氣泡集存在系統里，系統運行中將氣泡循環進入舉升油泵的油罐中，液體體積不限量增大，油氣混和液從油罐排氣口冒出，污染駕駛室油泵系統及整車外觀，最后導致油罐油液不足，影響液壓翻轉系統的正常運行。

混入油液中的空氣在系統運行的整個過程中受到突然壓縮時，還會產生局部高溫，使油液蒸發、氧化，致使油液變質、變黑、油液受到污染；形成的氣泡在油液中擴散后，使油液潤滑性能下降，化學的穩定性惡化，加速了油的氧化和零件的銹蝕，降低系統使用壽命；同時由于油液中存在少量空氣，還將破壞液體流動的連續性，在管路變徑處產生“氣塞”，使系統中單向閥、節流閥、液控閥等閥類部件無法發揮正常作用，最終導致整個舉升系統失效。

3 混入空氣的處理

駕駛室液壓翻轉升降系統中混入空氣，首先肯定會影響系統的壓力；當油液中有氣泡時，執行元件的動作就不穩定，有爬行現象產生，管路和設備會振動，再就是對系統中液壓元件產生空氣腐蝕和干摩擦，影響元件的使用壽命，噪聲大，所以應采取措施盡量避免。

3.1 系統設計中的防范措施

液壓翻轉升降系統中進入空氣，在油液中形成氣泡，會導致系統壓力不穩定，管路及設備振動，因此在系統設計之初就實現DFMEA分析，并以防錯的方式在系統展開的動力及執行元件方案中實現防護措施，具體如下。

（1）升降系統最高點設置排氣閥（見圖3），在必要時將系統中空氣排出；系統各元件連接應保證密封，關鍵部位采用密封件，控制密封間隙，確保使用可靠性，同時防止空氣進入系統；回油管路直接接入油箱的油面以下，增加回油過濾，設置回油背壓閥，使回油路有一定的背壓（見圖3），防止回油路油液排空?；芈分性O計節流孔、節流閥，在系統下降時使進油腔壓力與回油腔壓力保持平衡（見圖4）；上升時采用差動舉升原理（見圖5），保持進油腔與回油腔油液相通，使進油腔壓力與回油腔壓力保持一致，利用面積差實現駕駛室舉升（見圖6）；同時盡量拉開吸油口與回油口距離等設計，都可以避免吸入氣體，適當減少油液中氣泡的產生。

（2）駕駛室液壓翻轉升降系統液壓油泵采用的是柱塞泵，其自吸能力差，應使油泵吸油口有一定的正壓力，比如油泵吸油口設置在油罐的最低位，通常加裝過濾系統（見圖3），確保進入系統的油液盡量清潔。

（3）汽車駕駛室翻轉升降系統油路盡量避免有急劇的直徑變化或直角轉彎，以免系統中空氣析出。通常在系統設計中我們采用油液通徑φ3 mm以上，最小φ3 mm。在直角轉彎處采用剛性彎管設計，限制通徑大于等于φ3 mm；油泵的吸油通徑和連接管路均選用φ3 mm以上，可以確保吸油的通暢性和避免管路的急劇變化。

（4）增大油箱體積，有利于油液中氣泡的上升，避免系統運行中出現吸空現象，消除空氣的存在。按以往經驗，通常油箱總容積為有效需油量的1.2～1.3倍，需求油量是有效容積的75%以下為最佳。以某公司整車為例，駕駛室液壓翻轉升降系統采用單缸差動舉升，其油罐容積計算過程如下：

駕駛室舉升油缸，缸筒內徑D=φ45 mm，活塞桿直徑d=32 mm，油缸的行程L=630 mm，油缸行程走完所需的油量

駕駛室舉升油泵油罐（見圖7）的容積

式中：S上為油罐上底面積、S下為油罐下底面積、H為油罐高。

吸油高度5.5 mm，則吸油面孔以下的容積為：

式中：S為吸油截面積，h為吸油高度。

油罐內有4條筋，算有效容積時必須去掉筋所占的體積，其中一個筋的截面積為83.2 mm2，其他三個筋的截面積為43.3 mm2，則筋所占的容積為：

油罐內裝有凸輪機構 （見圖8），其體積V3=1710×14=23ml

根據加油過程中的損耗量大約50 ml，建議油泵一次加油量Q為594 ml。

不算加油過程中的損耗，油泵油罐液面以上的空間占加油后整個油罐容積的比率η1=（793.8-544-50）÷793.8=25.2%，計算加油過程中的損耗，液面以上的空間占整個油罐容積的比率η2=（793.8-544）÷793.8=31.5%，也就是說嚴格按需求加油量加油，油罐液面以上的空間占整個油罐的比率在25%～35%之間，符合經驗值。當然，如成本、空間允許，油罐設計時，盡量增大需求液面以上的空間占整個油罐容積的比率，效果會更好。

3.2 裝配及使用過程的防范措施

液壓系統在整車裝配、連管、使用中因其特殊性最容易進入空氣，因此需要格外注意并引起重視。

（1）在駕駛室液壓翻轉升降系統中，要檢查作為動力系統的油泵吸油管路有沒有泄漏，如果有，在管路吸空的時候，也會有空氣進入管路。

（2）駕駛室液壓翻轉升降系統在整車廠安裝時，由于是分部件安裝再進行連管，因此在連接管路時，也很容易進入空氣。通常按照圖9單油缸翻

則油罐的有效容積

油泵油罐需加注油量為兩部分，一部分為油泵油缸之間油管之間的油量Q2，另外一部分為駕駛室舉升所需的油量Q1。以兩根連接油管各長2100米，油管通徑φ4為例轉升降系統連管圖和圖10雙油缸翻轉升降系統連管圖所示連接油管，連接時按以下步驟操作來避免進氣。

（3）將油泵的A口和B口按要求連接油管，然后手動泵的換向手柄放到垂直狀態 （駕駛室翻轉狀態）再上下搖動油泵的搖臂，目測油管另一頭有液壓油流出。

（4）然后將油管與油缸的A口、B口連接，正常翻轉駕駛室過重心至上止點，松開連接油缸的B口管接頭，使油缸B腔空氣排出，然后擰緊管接頭；接著使油泵手柄放到水平狀態 （駕駛室回落狀態），上下搖動油泵搖臂，使駕駛室落下，此時油缸A腔氣體自動排出。

按上方法反復運作2～3次。

（5）液壓系統本身會有殘留雜質，如制造、裝配過程中產生的，若未得到徹底清除會造成系統污染，因此在系統裝配前采用氫氧爆破工序消除零部件內部交叉孔毛刺，再進行超聲波清洗，嚴格控制零部件清潔度；加入系統的油液須經過濾設備再次過濾，可有效控制油液質量；進入總成裝配時設立干凈、獨立封閉的操作區域，操作人員嚴格執行清潔度控制手段，以確保整個系統的清潔。

（6）在主機廠裝配整車時，油缸、油泵安裝到指定位置后，連接油管和舉升控制器前，請注意必須先向油罐加注液壓油，－10℃以下環境使用10#地面航空液壓油；－10℃以上環境使用L－HV32#抗磨液壓油，避免溫差變化較大時氣泡的產生。加油前使用200目以上的不銹鋼過濾網對油進行過濾。并且注意，在油罐未加油之前不要啟動電動舉升控制器，否則會造成電動泵吸入空氣，導致駕駛室翻轉上升下降速度緩慢。

（7）定期清洗液壓系統、必要時更換液壓油，防止過濾系統、節流孔等阻塞引起油液中空氣析出。一般情況下，建議每月至少使用一次，每半年更換一次油液；環境惡劣地區建議每周至少使用一次，每季更換一次油液。必要時每天清理電動泵總成、手動油泵總成、油缸總成表面，尤其是進排氣塞O型圈處的污物，確保油泵總成上進排氣塞的通氣孔暢通。

4 結束語

汽車駕駛室液壓翻轉升降系統在使用中還將面臨更復雜的使用環境，因此，應該詳細了解現場實際情況，結合液壓翻轉升降系統采用的原理，進行現場判斷、現場解決，并不斷進行歸納、總結，以PDCA模式循環，落實到系統DFMEA中，才能使駕駛室液壓翻轉升降系統的故障得到有效遏制和解決；把事前防錯和事后經驗充分融合起來，方能確保系統在整車上穩定、可靠的使用，發揮其在整車上的真正作用。

［1］中國機械工程學會設備與維修工程分會.液壓與氣動設備維修問答 ［M］.北京：機械工業出版社，2011.