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液压油污染的来源、危害及其控制措施

  液压油是液压系统的工作介质,它具有传递运动和动力,减少液压元件间的摩擦、隔离磨损表面、悬浮污染物、控制液压元件表面氧化、冷却液压元件、降低液压系统的温升等功能。液压油的正确使用、管理以及污染控制,不仅影响液压系统工作的可靠性和液压元件的使用寿命,而且直接关系液压设备能否正常工作。实践证明:液压系统的故障有 75%以上是由液压油的污染所引起的。液压油被污染会大大降低液压系统工作的可靠性和寿命,耗费油液而造成经济损失。因此,研究液压油污染的来源、危害和采取合理措施加以控制,对提高液压设备的工作性能,延长液压元件的工作寿命,提高企业的经济效益,减少污染和节约能源具有重大现实意义。

  1 液压油污染物的来源

  液压油的污染主要是由外部原因和内部原因造成的。外部原因是指固体杂质、水分以及其他油类及空气等进入系统;内部原因是指除了原有的新油液带来的污染外,液压系统在使用过程中相对运动的零件间磨损和液压油的物理化学性能发生变化造成的。由于杂质侵入液压油的方式不同,液压油的污染可分为三种类型,如表 1 所示:

表 1 污染分类

污染类型 污染来源
潜在污染 (1)自制件中残存的污染物
(2)外购件中潜伏的污染物
侵入污染 (1)装配时侵入了污染物
(2)使用过程侵入了污染物
(3)液压油带入了污染物
(4)修理时侵入了污染物
再生污染 (1)零件间磨损产生的污染物
(2)液压油发生物理和化学变化的生成物及衍生物

 

   1.1 潜在污染

  组成液压元件或液压系统的零件在加工、装配、试验、贮存、运输等过程中污染物残留于元件和系统内。主要有铸件的型芯砂芯、切屑、磨料、焊渣、锈片、涂料油漆剥落细片、橡胶碎片、棉纱纤维断头、尘土尘埃,装配清洗用油(防锈油、润滑油等)以及水分等有害物质在液压系统开始工作之前,就已潜伏在系统中,同样,在外购件中也会潜伏着上述污染物。

  1.2 侵入污染

  液压系统在安装、仓储运输过程中,外来污染物(如尘埃、固体颗粒、水分、空气、环境气体、异种油液等)侵入系统,如经油箱通气孔和加油口侵入系统,油箱中注入系统中的油液、油箱中流动的空气、溅落或凝结的水滴、流回油箱中的泄漏油、换油时夹带的污物侵入系统中,从而造成污染。一般认为,新购进的液压油是清洁的,其实不然。如:容器的漆料和镀层、注油软管的橡胶以及大气中的尘土尘埃等均可进入油液。经实验测定新购进的液压油,用 100 目铜丝网过滤后取样测定,每 100mL油液中有 5μm以上的颗粒物 3 万~5万个。这样的油仅能用于一般的液压系统,不能用于液压伺服控制系统。如用手工加油,将会使液压系统污染增加 4~7 倍。同时在装配、修理时,容易使尘土尘埃、棉纱纤维断头、装配清洗用油(防锈油、润滑油等)以及水分等侵入液压系统中,从而造成污染。

  1.3 再生污染

  再生污染是指液压油在液压系统工作过程中产生的污染物。如零件的残锈和金属元件磨损掉下的颗粒和细片、剥落的漆片、密封材料的磨损颗粒和细片、过滤材料脱落的颗粒或纤维、沉淀的沥青油泥、冷却器漏水、负压吸进系统的空气机环境腐蚀气体等;液压油发生物理、化学、生物变化的生成物,使金

  属腐蚀产生颗粒锈片等均可造成再生污染。液压油在高温高压作用下,由于水分、空气、铜、铁等介质作用而生成氧化物、树脂油垢等污染物,从而造成污染。

  2 污染带来的各种危害

  通常液压系统使用的液压油,由于使用与管理的不当,常使可继续使用的液压油变为废油,这不但造成无谓的浪费,而且也提高了维护成本,同时也造成了环境的污染。液压油长期在高温高压中使用,本身会因为氧化作用产生积碳和油泥,同时系统在工作过程中产生具有磨损性的颗粒杂质,再加上周围

  环境尘埃污染及水分的侵入等原因,使油质逐渐污染而劣化,而污染劣化的液压油在系统中运行,会使阀芯的移动不顺畅,影响液压系统的精度、稳定性,产生不良的故障,严重时更造成堵塞使之停机停产,长时间使机械零件、活塞环、轴承、油路阀门及零配件等磨损,造成漏油,降低系统的使用寿命,从而增加了维修费用及生产成本。

  2.1 混入各种杂质颗粒造成的危害

  液压油中的各种颗粒杂质会对泵和马达造成危害:

  (1)杂质颗粒进入到齿轮泵或齿轮马达的齿轮端面及两端盖侧板、齿顶和壳体之间;

  (2)杂质颗粒进入到叶片泵或叶片马达的叶片与叶片槽,转子端面和配油盘、定子与转子(叶片顶部)之间;

  (3)杂质颗粒进入到柱塞泵或柱塞马达的柱塞与柱塞缸体孔,转子与配油盘、滑靴与倾斜盘、变量机构的滑动副之间。上述三种情况均有可能造成卡死故障。即使不造成卡死故障,也会使磨损加剧。杂质颗粒还有可能堵塞泵前的进油滤油器,使泵产生气蚀或造成多种并发故障。

  液压油中各种颗粒杂质对液压缸造成危害:颗粒杂质会使活塞与缸体、活塞杆与缸盖孔及密封元件产生拉伤和磨损,使泄油量增大,容积效率和有效推力(拉力)降低,如果颗粒杂质卡住活塞或活塞杆,将导致油缸不动作。

  油中的污染颗粒对各种阀类元件造成危害:污染颗粒可能引起滑阀卡死或节流阀堵塞,造成阀动作失灵,即使不产生卡死或堵塞故障,污染颗粒也将使阀类元件运动副过早磨损,配合间隙加大,性能恶化,寿命降低。

  此外,污染物繁殖细菌,加剧油液老化,使油液发黑发臭,更进一步产生污染。如此恶性循环,有可能产生以下后果:

  (1)污染物堵塞滤油器,导致油泵吸空,产生振动和噪声;

  (2)污染物使油缸或马达的摩擦力增大,产生爬行;

  (3)污染物使伺服阀等抗污染能力差的元件完全丧失功能;

  (4)污染物堵塞压力表通道,使压力得不到正确传递和反应。

  2.2 侵入水分造成的危害

  液压油中的空气主要来源于松动的管接头,不紧密的元件接合面,暴露在油面上的油管以及密封失效处,油液暴露在大气中也会溶入空气。此外,当油箱内的油量较少时,加速了液压油的循环,使气泡排除困难,同时油泵吸油管“吃油”深度不够也使空气容易进入。液压油中混入水分后的造成的危害:

  (1)液压油中混入一定量的水分后,会使液压油乳化呈白浊状态。如果液压油本身的抗乳化能力较差,静止一段时间后,水分也不能与油分离,使液压油总处于白浊状态。这种白浊的乳化油进入液压系统内部,不仅使液压元件内部生锈,同时会降低了润滑性能,使零件的磨损加剧,系统的效率降低。

  (2)液压油中混入一定量的水分后,进入液压系统内使金属零件生锈,剥落的铁锈在液压系统管道和液压元件内流动会加剧零件磨损,蔓延扩散下去,将导致整个系统内部生锈,产生更多的剥落铁锈和氧化物。从而影响零件的工作性能,降低液压元件的使用寿命。

  (3)水还会与油中的某些添加剂作用产生沉淀和胶质等污染物,加速油的恶化。

  (4)水与油中的硫和氯作用产生硫酸和盐酸,使元件的磨蚀磨损加剧,也加速油液的氧化变质,甚至产生很多油泥。

  (5)水污染物和氧化生成物,随即成为进一步氧化的催化剂,最终导致液压元件堵塞或卡死,引起液压系统动作失灵、配油管堵塞、冷却器效率降低以及滤油器堵塞等一系列故障。

  (6)水混入液压油进入液压系统,会使液压系统出现振动、爬行等现象。

  (7)另外,在低温时,水凝结成微小冰粒,也容易堵塞控制元件的间隙和死口。

  3 侵入空气造成的危害

  混入液压系统的空气,通常以直径为 0.05~0.50mm 的气泡状态悬浮于液压油中,对液压系统内液压油的体积弹性模量和液压油的粘度产生严重影响,随着液压系统的压力升高,部分混入空气溶入液压油中,其余仍以气态存在。当混入的空气量增大时,液压油的体积弹性系数急剧下降,液压油中的压力

  波传播速度减慢,液压油的动力粘度呈线性增高。悬浮在油液中的空气与液压油结合成混合液,这种液压油的稳定性决定于气泡的尺寸大小,对液压系统等产生重大的影响,可能是系统出现振动、噪声、压力波动、液压元件工作不稳定、运动部件产生爬行、换向冲击,定位不准或动作错乱等故障,同时还使功耗上升,油液氧化加速以及油的润滑性能降低。

  4 液压油劣化变质对元件的影响

  液压油劣化变质后粘度和防锈性能降低,油液乳化,消泡性降低,低温流动性变差,有效使用时间缩短。引起液压油变质的原因很多,如蒸发、氧化、污染、混入异种油等。其中氧化是主要的因素,而节流口棱边发热,工作油温太高是液压油氧化的重要原因。系统工作油温达到 65℃以上时,液压油的氧化速度加快。油温每增加 10℃ ,氧化作用增加一倍。另外油中混入水分或异种油都会引起油液变质。变质后的液压油对元件的机械效率、容积效率等性能以及寿命等都有很大影响。例如,褐色胶状悬浮物会把节流(阻尼)孔堵死或使阀芯胶着,使动作失灵。严重时造成系统不能正常工作。从污染对液压系统的危害中可以看出,必须加强对液压油污染的控制,保证液压系统正常工作。预防重于治疗,如:在液压系统中使用超微过滤装置,随时将液压油中污染物清除,长期保持液压油在液压系统中高清洁度工作,那自然就减少了由于液压油污染所造成的各种危害,产生了预防的效果,同时延长了液压系统及液压元件的使用寿命,降低了故障率,从而达到了节约能源,降低成本的目的。

  5 液压油污染的控制措施

  (1)控制和减轻液压油中的颗粒污染,过滤是行之有效的方法,根据液压元件对污染的敏感度,在液压系统的合适部位设置合适精度的过滤器,定期更换滤芯,保持液压油清洁;

  (2)液压系统中胶管密封必须安全可靠,油箱的空气滤清器必须定期更换。滤芯加防尘装置,严防灰尘、水分进入液压油中,油箱密封好、防尘,或安装带有空气过滤器的呼吸孔或采用密封油箱;

  (3)对液压元件和系统进行清洗,清除在加工和组装过程中残留的污染物,液压元件在加工的每道工序后都应净化,装配后应经严格的清洗。最后用系统工作时使用的液压油对系统进行彻底地冲洗,达到系统要求的污染度后,将冲洗液放掉,注入新的系统使用的液压油后,系统才能正式运行;

  (4)成品油储运过程中一定要防尘、防水;

  (5)油箱底部最好安装磁性捕集器;

  (6)安装并定期检查、清洗泵吸入口的粗滤器;

  (7)在油缸和推杆密封处加防护罩,或吹气防尘或装防尘密封;

  (8)控制工作介质的温度;

  (9)定期检查和更换液压系统的液压油,定期对液压油进行抽样检查,分析其污染度,如已不合要求,必须立即更换。更换新的液压油前,必须对整个液压系统彻底清洗一遍。

  (10)维修拆卸液压元件应在无尘区进行。

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