影响液压机构机械特性的因素及预防方法
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【摘 要】目前国内电力系统超高压、特高压断路器通常使用液压操动机构，液压操动机构利用液体的不可压缩原理，以液压油为传递介质，将高压油送入工作缸两侧来实现断路器分合闸。其具有如下特性：输出功大，延时小，反应快，负荷特性配合较好，噪声小，速度易调节，可靠性高，维护简便。其主要不足是对加工工艺和装配质量要求高，如制造、装配不良易出现渗油等现象，另外，动作时间易受液压油中混入气体的影响。液压系统中油压处于动态变化之中，而液压油中含有气体使液压油的弹性模量发生变化，增大了液压系统的压力及作用力的变化，出现较大的波动，影响断路器动作的稳定性。本文就气体对液压系统的危害、气体混入液压系统的主要途径、液压机构抽真空与排气的方法提出讨论性处理方法和预防措施。
【关键词】液压操动机构；机械特性；抽真空；预排气
引言
操动机构是任何高压开关设备不可缺少的重要组成部分，其中以配套用于断路器上的操动机构的技术要求为最高，它不仅要保证断路器准确无误地开断和关合短路电流，并可靠地保持在分闸或者合闸位置上，而且还需要完成快速自动重合闸操作，具备防跳跃和闭锁等功能。通常，由于断路器需要很大的操作功、很快的动作速度和很高的工作可靠性，因此对操动机构要求非常严格。
液压操动机构因为具备操作功率大、快速、平稳，能够遥控和快速自动重合闸的特点，广泛用于高压、超高压、特高压大容量断路器。
作为液压系统常用工作介质的航空液压油不仅传递动力，而且对液压系统及其它装置起着和冷却的作用，但是液压油中的气体对机构的稳定运行操作有较大的不利影响。因为，对大功率液压操动机构，要分析液压系统各处的压力变化，特别是缓冲腔的动态压力变化，就不能不考虑液压油的可压缩性及弹性变形。而液压系统弹性变形所引起的载荷和作用力的动态变化，不仅会对断路器的机械特性产生影响，也会对操动机构的可靠性产生影响。所以有必要控制液压系统中的含气量（包括在液压油中的游离和溶解空气），提高液压机构运行的稳定性和操作的可靠性。
1 影响系统稳定的一项主要因素：气体
液压机构油液循环系统内如果混入气体，会导致系统内压力不稳定，当气体存在于油液中时，会大幅降低油液的弹性模量，造成系统响应迟缓，影响系统的刚性和相应特性。当油液中有大量游离气体存在时，在气体被急剧压缩时会产生局部高温，引起油液碳化。当油液在系统内由于局部流速过高，压力变化剧烈，油液由高压进入低压时，液压油中的气体会分离出来，气泡会瞬间膨胀破裂，此时产生局部的高压冲击，造成液压元件表面汽蚀。空气含量增多必然会对油液产生氧化腐蚀作用，增加油液酸值，缩短油液的使用寿命。
2 气体混入液压系统的主要途径
液压机构的低压系统工作在大气环境中，液压油中含有气体是不可避免的，液压油中含有的气体，一般可分为二部分，一部分为溶入气体，另一部分为混入气体。溶入气体即在一定温度和一定压力下，液压油中溶解的气体，实验表明，液压油中溶解的气体对液压油的物理特性影响不大。混入气体主要是液压系统排油时造成低压油箱中的油液流动而混入，混入低压系统的空气在油泵补压时被吸入高压系统。对氮气储能液压机构，在液压系统长时间处于零压时，由于储压器充气侧压力较高，气体也会通过储能活塞渗入到充油侧而混入高压系统。
2.1 加油和冲洗过程
在给油箱加油过程中不免会晃动液压油产生气泡，使得气体与液压油混合。预试完毕后拆卸冲洗设备时也容易使得气体进入系统内。
2.2 液压机构本身因素
在液压机构操作过程中，电机带动油泵转动，油箱内的低压油经过滤油器、低压油管、油泵进入贮压器上部，压缩下部的氮气，形成高压油，由于贮压器的上部与工作缸活塞上部及二级阀相连通，当油压达到额定工作压力值时，油压开关的触点断开，切断电机电源，完成储能过程。在液压机构执行元件、动力源元件、监视与控制元件、辅助元件、传动介质（油液）的共同作用下，完成液压机构的分闸操作、合闸操作。在液压机构的操作过程中，由于断路器的分、合闸速度很高，高压油流入油箱时产生的冲击较大，使得气体与液压油混合，液压机构操作后需立即补压，在通过油泵打压时，气体可能会进入到液压系统内部。
2.3 液压油固有特性
液压油在高压时吸入气体，低压时释放气体。这样系统内自然就会出现气体堆积。为了尽可能地把液压系统内的气体减少到最低限度，经过不断的摸索和大量的试验，总结出一套某型号高压断路器液压机构抽真空预排气方法。抽真空使系统产生负压吸入油液，减少工作缸腔内能够储存气体的空间。预排气将机构本身及液压油内自身存在的气体排除，最大化的减少气体在工作缸内的储存量。抽真空排气方法对于减少液压系统中气体效果显著。
3 抽真空
3.1 准备工作
（1）检查真空泵真空油无泄露，插头良好，电源线无损伤，各油管、过渡接头清洁无脏物。
（2）按该产品加油量准备好干净的液压油。
（3）必备工具和附件：扳手、M8内六角、抽真空接头、油盆电线盘。
3.2 操作程序
（1）首先把液压油加入大油箱和辅助油箱。大油箱加到上油标中线附近，辅助油箱加到接头处。
（2）关闭高压放油阀。
（3）产品在分闸位置将工作缸上方逆止阀更换为专用接头，连接油管和专用容器，把真空表接到三通上。
（4）用M8内六角将真空泵上堵换成过滤器。连接红色软管。
（5）打开泵开始抽真空。再次确认高压放油阀，容器上的阀已经关闭，确认方法是将手放在阀口处没有风力。
（6）抽真空到0.09Mpa（100mbar）后，用专用工具按动电磁铁大约10S，使瞬时高压腔和常高压腔相通。让辅助油箱中液压油充分填充内部空腔。
（7）然后打开高放，油箱中液压油开始进入工作缸上部空腔。
（8）如果容器内进油太多，说明真空度太高，将容器上阀打开一点即可。
（9）然后关掉高放。
（10）关掉真空泵静止一会，看容器内是否有气泡，如果没气泡，则真空度已抽好。
（11）容器内的油回不去时，说明常高压腔内充满了液压油。拆油管时把油倒入油盆中，拧上工作缸上方的逆止阀，把真空泵上的滤油器拧下换上堵，真空泵放回箱里。
（12）拆下工装接头，装上产品放气阀。
（13）给机构 （14）关闭电源。打开高放放压力至0后，持续10S。关闭高放。静置5分钟。
（15）拧掉放气阀，接上抽真空设备。
（16）重复5），6），10），11），12）.
（17）初次操作时，可进行无负荷状态的打压运行3次以上后，再进行正常操作试验。
4 预排气
（1）液压机构处于分闸位置。
（2）将工作缸上部逆止阀端部的螺堵松开，将排气接头和逆止阀进行连接，顶开逆止阀，将透明塑料管的另一端放入油箱中。
（3）启动电机打压5S左右关闭电机，静止时间不少于5min
（4）重复启动电机打压5S左右关闭电机，静止时间不少于5min，过程直至透明塑料管中无可见气泡及无油流间断为止。
（5）将贝林格阀上端排气孔罩帽去掉，插上透明塑料管，透明塑料管的另一端放入油箱中，用扳手轻轻松动贝林格阀上端的排气孔，与工作缸同时排气。
（6）退出排气工具，拧紧工作缸上部逆止阀端部的螺堵，关闭贝林格阀上端的排气孔。进行慢合操作，式液压系统处于合闸位置，重复4.2-4.5排气过程。
（7）退出排气工具，拧紧工作缸上部逆止阀端部的螺堵，关闭贝林格阀上端排气孔。进行慢分操作，打压至额定压力，通过高压放油阀进行5次高压状态下排气。
（8）进行慢合操作，打压至额定压力，通过高压放油阀进行5次高压状态下排气。
（9）重新启动电机油泵，油压上升到额定油压停止，静止1h以后即可正式进行操作实验。若机械特性不稳定，可重复以上的排气程序。不得在排气不充分的情况下测量。
通过以上方法，利用真空原理，在系统运行前排空系统内部的残存气体，把液压系统内部的气体降至最低，保证系统运行时特性稳定及安全性及可靠性。
参考文献：
[1]路甬详.主编.液压气动技术手册.机械工业出版社，2002.1.
[2]张奕.主编.工程机械液压系统分析及故障诊断.人民交通出版社，2008.
[3]平高集团人力资源部.培训中心.《高压电器及元件装配工》.2012.9.
[4]平高集团.王亚辉，彭新奇.《六氟化硫断路器综合论述》.2010.10.
作者简介：
曾艳、女、河南平高电气股份有限公司组合电器事业部、本科、工程师，电气工程及自动化、研究方向：高压电器装配工艺。
魏跃平、男、河南平高电气股份有限公司计量部、汉、本科、工程师、高压电气、研究方向：高压电器。
侯亚峰、男、河南平高电气股份有限公司绝缘分厂，汉，本科，工程师，高分子化工、研究方向：高压电器绝缘技术。
赵羡丽、女、河南平高电气股份有限公司组合电器事业部、汉、本科，工程师、，电气工程及自动化、研究方向：高压电器二次设计。
胡广林、男、河南平高电气股份有限公司机械制造事业部，汉，本科，工程师，焊接工艺及设备、研究方向：焊接与机械加工工艺。