汽车驾驶室液压翻转升降系统中混入空气的危害和处理

朱碧霞

（东风（十堰）汽车液压动力有限公司，十堰 442013）

汽车驾驶室液压翻转升降系统随着整车驾驶室舒适性的增加，在商用载货汽车上得到大量应用，当需要维修发动机等底盘零部件时，可以实现整车驾驶室的液压翻转升降功能。目前，商用车驾驶室液压翻转升降系统的应用已经趋于成熟，产品也得到广大用户的认可，但该产品的系统维修及故障率还需进一步改善，以某公司整车销售数值为例，2011年8月份～2012年5月份，共10个月，合计售后返回3 306件，通过逐件模拟试验、拆解、分析，仅经清洗、换油等就恢复使用功能的2 466件，占总返回件的74.6%。这部分总成件主要原因是系统混入空气或气泡后引起的客户误判或客户不知道怎么处理最终强制换件造成的。因此，对汽车驾驶室液压翻转升降系统中混入空气的预防和处理就迫在眉睫了。

1 液压翻转升降系统混入空气的原因及途径

1.1 汽车驾驶室液压翻转升降系统介绍

汽车驾驶室液压翻转升降系统由油泵总成 （手动油泵或手电动组合油泵）、油缸总成（单油缸或双油缸）、连接管路三部分组成，在整车上通常选择安装在驾驶室左侧/右侧挡泥板附近 （见图1和图2），有的车型为了方便整车的布置，也会选择在驾驶室脚踏板后面。无论哪种安装方式对系统的维护都不是很方便，所以我们就需要结合该液压产品的特性，从系统混入空气角度分析，努力降低系统维修及故障率。

1.2 液压翻转升降系统内部的气体有两种来源

（1）从外界被吸入到系统内的，叫混入空气。

（2）由于气穴现象产生在液压油中溶解空气的分离。

1.3 混入空气的原因

通常液压油是含有吸水性的，内含有微量水分。当汽车驾驶室液压翻转升降系统运行后停止工作时，整个系统温度会有所降低，空气中的水气凝结成水分子混入油中，将降低液压油的粘度，并促使液压油氧化变质；当液压系统运行时油液被压缩时，温度升高，气体的溶解度变小就会析出形成气泡，或者当系统油液经过节流元件时，由于压力瞬间变小，液压油中含有的水分也会瞬间气化，形成气泡，使液压油的润滑性能变差还会产生气蚀，引起系统发生噪声、振动等问题。

1.4 空气混入的途径

（1）翻转升降系统液压油泵吸油时，油罐中油面过低或吸油口未在油面以下造成吸油不畅、吸空而吸入空气。

（2）液压泵吸油管处的过滤网被杂质、污物堵塞，或过滤网网孔太密吸油不畅形成局部真空，吸入空气。

（3）油罐中吸油口与回油口相距太近，带一定压力的回油进入油罐时飞溅、搅拌油液产生气泡，气泡来不及消泡就被吸入泵内。

（4）回油管在油面以上，当系统停止工作时，空气从回油管逆流而入（当泵内有负压时）。

（5）升降系统中各油管接头、软管连接处密封不严，或因振动、松动等原因，空气乘隙而入。

（6）因密封破损、老化变质或因密封质量差、密封槽的加工不同心等原因，在有负压的位置（例如液压缸活塞杆、泵轴油封等处），由于密封失效，空气便乘虚而入。

2 混入空气的危害

汽车驾驶室翻转升降系统中混入空气以后，因为低压空气的可压缩性为油液的成千上万倍，增大了油液的弹性，导致油气混和液可压缩性增大1 000倍，降低了系统的刚度，使作为动力元件的油泵系统出现油泵吸油不充分，举升次数增加，举升时间延长；使作为执行元件的油缸产生爬行导致举升时间长，客户不满意；同时变质油液破坏了系统工作的平稳性，导致液体的不规则流动，使驾驶室翻转升降系统上升下降过程中出现液压冲击，俗称“抖动”现象，影响液压翻转升降系统的正常工作，顾客有不安全感。

液压油中混入空气后，气泡集存在系统里，系统运行中将气泡循环进入举升油泵的油罐中，液体体积不限量增大，油气混和液从油罐排气口冒出，污染驾驶室油泵系统及整车外观，最后导致油罐油液不足，影响液压翻转系统的正常运行。

混入油液中的空气在系统运行的整个过程中受到突然压缩时，还会产生局部高温，使油液蒸发、氧化，致使油液变质、变黑、油液受到污染；形成的气泡在油液中扩散后，使油液润滑性能下降，化学的稳定性恶化，加速了油的氧化和零件的锈蚀，降低系统使用寿命；同时由于油液中存在少量空气，还将破坏液体流动的连续性，在管路变径处产生“气塞”，使系统中单向阀、节流阀、液控阀等阀类部件无法发挥正常作用，最终导致整个举升系统失效。

3 混入空气的处理

驾驶室液压翻转升降系统中混入空气，首先肯定会影响系统的压力；当油液中有气泡时，执行元件的动作就不稳定，有爬行现象产生，管路和设备会振动，再就是对系统中液压元件产生空气腐蚀和干摩擦，影响元件的使用寿命，噪声大，所以应采取措施尽量避免。

3.1 系统设计中的防范措施

液压翻转升降系统中进入空气，在油液中形成气泡，会导致系统压力不稳定，管路及设备振动，因此在系统设计之初就实现DFMEA分析，并以防错的方式在系统展开的动力及执行元件方案中实现防护措施，具体如下。

（1）升降系统最高点设置排气阀（见图3），在必要时将系统中空气排出；系统各元件连接应保证密封，关键部位采用密封件，控制密封间隙，确保使用可靠性，同时防止空气进入系统；回油管路直接接入油箱的油面以下，增加回油过滤，设置回油背压阀，使回油路有一定的背压（见图3），防止回油路油液排空。回路中设计节流孔、节流阀，在系统下降时使进油腔压力与回油腔压力保持平衡（见图4）；上升时采用差动举升原理（见图5），保持进油腔与回油腔油液相通，使进油腔压力与回油腔压力保持一致，利用面积差实现驾驶室举升（见图6）；同时尽量拉开吸油口与回油口距离等设计，都可以避免吸入气体，适当减少油液中气泡的产生。

（2）驾驶室液压翻转升降系统液压油泵采用的是柱塞泵，其自吸能力差，应使油泵吸油口有一定的正压力，比如油泵吸油口设置在油罐的最低位，通常加装过滤系统（见图3），确保进入系统的油液尽量清洁。

（3）汽车驾驶室翻转升降系统油路尽量避免有急剧的直径变化或直角转弯，以免系统中空气析出。通常在系统设计中我们采用油液通径φ3 mm以上，最小φ3 mm。在直角转弯处采用刚性弯管设计，限制通径大于等于φ3 mm；油泵的吸油通径和连接管路均选用φ3 mm以上，可以确保吸油的通畅性和避免管路的急剧变化。

（4）增大油箱体积，有利于油液中气泡的上升，避免系统运行中出现吸空现象，消除空气的存在。按以往经验，通常油箱总容积为有效需油量的1.2～1.3倍，需求油量是有效容积的75%以下为最佳。以某公司整车为例，驾驶室液压翻转升降系统采用单缸差动举升，其油罐容积计算过程如下：

驾驶室举升油缸，缸筒内径D=φ45 mm，活塞杆直径d=32 mm，油缸的行程L=630 mm，油缸行程走完所需的油量

驾驶室举升油泵油罐（见图7）的容积

式中：S上为油罐上底面积、S下为油罐下底面积、H为油罐高。

吸油高度5.5 mm，则吸油面孔以下的容积为：

式中：S为吸油截面积，h为吸油高度。

油罐内有4条筋，算有效容积时必须去掉筋所占的体积，其中一个筋的截面积为83.2 mm2，其他三个筋的截面积为43.3 mm2，则筋所占的容积为：

油罐内装有凸轮机构 （见图8），其体积V3=1710×14=23ml

根据加油过程中的损耗量大约50 ml，建议油泵一次加油量Q为594 ml。

不算加油过程中的损耗，油泵油罐液面以上的空间占加油后整个油罐容积的比率η1=（793.8-544-50）÷793.8=25.2%，计算加油过程中的损耗，液面以上的空间占整个油罐容积的比率η2=（793.8-544）÷793.8=31.5%，也就是说严格按需求加油量加油，油罐液面以上的空间占整个油罐的比率在25%～35%之间，符合经验值。当然，如成本、空间允许，油罐设计时，尽量增大需求液面以上的空间占整个油罐容积的比率，效果会更好。

3.2 装配及使用过程的防范措施

液压系统在整车装配、连管、使用中因其特殊性最容易进入空气，因此需要格外注意并引起重视。

（1）在驾驶室液压翻转升降系统中，要检查作为动力系统的油泵吸油管路有没有泄漏，如果有，在管路吸空的时候，也会有空气进入管路。

（2）驾驶室液压翻转升降系统在整车厂安装时，由于是分部件安装再进行连管，因此在连接管路时，也很容易进入空气。通常按照图9单油缸翻

则油罐的有效容积

油泵油罐需加注油量为两部分，一部分为油泵油缸之间油管之间的油量Q2，另外一部分为驾驶室举升所需的油量Q1。以两根连接油管各长2100米，油管通径φ4为例转升降系统连管图和图10双油缸翻转升降系统连管图所示连接油管，连接时按以下步骤操作来避免进气。

（3）将油泵的A口和B口按要求连接油管，然后手动泵的换向手柄放到垂直状态 （驾驶室翻转状态）再上下摇动油泵的摇臂，目测油管另一头有液压油流出。

（4）然后将油管与油缸的A口、B口连接，正常翻转驾驶室过重心至上止点，松开连接油缸的B口管接头，使油缸B腔空气排出，然后拧紧管接头；接着使油泵手柄放到水平状态 （驾驶室回落状态），上下摇动油泵摇臂，使驾驶室落下，此时油缸A腔气体自动排出。

按上方法反复运作2～3次。

（5）液压系统本身会有残留杂质，如制造、装配过程中产生的，若未得到彻底清除会造成系统污染，因此在系统装配前采用氢氧爆破工序消除零部件内部交叉孔毛刺，再进行超声波清洗，严格控制零部件清洁度；加入系统的油液须经过滤设备再次过滤，可有效控制油液质量；进入总成装配时设立干净、独立封闭的操作区域，操作人员严格执行清洁度控制手段，以确保整个系统的清洁。

（6）在主机厂装配整车时，油缸、油泵安装到指定位置后，连接油管和举升控制器前，请注意必须先向油罐加注液压油，－10℃以下环境使用10#地面航空液压油；－10℃以上环境使用L－HV32#抗磨液压油，避免温差变化较大时气泡的产生。加油前使用200目以上的不锈钢过滤网对油进行过滤。并且注意，在油罐未加油之前不要启动电动举升控制器，否则会造成电动泵吸入空气，导致驾驶室翻转上升下降速度缓慢。

（7）定期清洗液压系统、必要时更换液压油，防止过滤系统、节流孔等阻塞引起油液中空气析出。一般情况下，建议每月至少使用一次，每半年更换一次油液；环境恶劣地区建议每周至少使用一次，每季更换一次油液。必要时每天清理电动泵总成、手动油泵总成、油缸总成表面，尤其是进排气塞O型圈处的污物，确保油泵总成上进排气塞的通气孔畅通。

4 结束语

汽车驾驶室液压翻转升降系统在使用中还将面临更复杂的使用环境，因此，应该详细了解现场实际情况，结合液压翻转升降系统采用的原理，进行现场判断、现场解决，并不断进行归纳、总结，以PDCA模式循环，落实到系统DFMEA中，才能使驾驶室液压翻转升降系统的故障得到有效遏制和解决；把事前防错和事后经验充分融合起来，方能确保系统在整车上稳定、可靠的使用，发挥其在整车上的真正作用。

［1］中国机械工程学会设备与维修工程分会.液压与气动设备维修问答 ［M］.北京：机械工业出版社，2011.