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液压油污染的危害与控制

   液压油的洁净程度对液压系统的工作性能和液压元件的使用寿命有着重要的影响, 并直接关系到机械的正常工作, 了解液压油污染的类型和掌握控制液压油的污染程度是液压系统正常工作的重要保障。本文通过分析液压油污染的主要类型及危害 , 阐述了液压油污染控制的措施, 对工程实际具有一定借鉴意义。

  液压油是液压机械的血液, 具有传递动力、减少元件间的摩擦、隔离磨损表面、虚浮污染物、控制元件表面氧化、冷却液压元件等功能, 液压油是否清洁, 不仅影响液压系统的工作性能和液压元件的使用寿命, 而且直接关系机械能否正常工作, 液压机械的故障直接与液压的污染度有关, 因而了解液压油污染的类型和掌握控制液压油污染是液压系统正常工作的保障之一。

  1 液压油污染的类型及危害

  1.1 液压油氧化变质

  液压系统温度过高时液压油容易氧化, 氧化后会生成有机酸, 有机酸会腐蚀金属元件, 还会生成不溶于油的胶状沉淀物,使液压油的粘度增大, 抗磨性能变差。随着使用时间的增长, 液压油会老化变质, 系统颗粒污染物不断增加, 会降低液压系统的效率和性能, 严重时导致元件和系统的损坏, 在固体颗粒大小和数量超出液压系统所能承担的极限时, 往往引起系统阻塞, 造成装备故障。

  1.2 液压油中混入水分

  油液中混入水分后的危害:

  ( 1 ) 油液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, 同时降低其润滑性能, 使零件的磨损加剧, 系统的效率降低。

  ( 2 ) 液压系统内的铁系金属生锈后, 剥落的铁锈在液压系统管道和液压元件内流动, 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。

  ( 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 ) 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堵死。

  1.3 液压油中混入空气

  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, 其余仍以气相存在。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, 油液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, 这种油液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, 可能出现振动、噪声、压力波动、液压元件不稳定、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。

  1.4 液压油中混入颗粒污染

  油液中的固态污染物主要以颗粒状存在, 其危害是:

  ( 1 ) 油中的各种颗粒杂质会对泵和电机造成危害。当杂质颗粒进入到齿轮泵或齿轮电机的齿轮端面和两端盖侧板、齿顶和壳体之间, 或当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, 或当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时, 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。

  ( 2 ) 油中各种颗粒杂质会对液压缸造成危害。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。

  ( 3 ) 油中的污染颗粒会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。

  ( 4 ) 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 ) 污染物使油缸或电机的摩擦力增大, 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。

  1.5 在生产阶段产生污染物

  液压油由基础油和添加剂调合而成。液压油的炼制、调和、分装和储存过程中不可避免会侵入和产生固体颗粒污染物, 这些污染物对金属和非金属表面磨损的机理主要是粘着磨损、磨蚀磨损和疲劳磨损, 产生的磨损会加剧液压油的污染, 造成液压泵、液压阀等元件的过早磨损 , 丧失工作性能, 严重危害液压传动系统的正常工作。液压油在生产过程中, 有基础油的质量问题, 有添加剂的质量问题、也有调合生产油过程中的质量问题, 在生产过程中液压油所产生的污染物, 经常出现它的污染度已经超过了液压系统及元件污染耐受度的要求。

  1.6 在物流阶段产生污染物

  液压油在物流过程中会产生污染物。比如, 有输送油管道问题, 有仓储问题, 有包装问题, 有装运作业过程中的污染物入侵问题。因此, 新油不一定是最洁净的油, 在使用新油时, 先要进行超滤提纯、净化处理。

  2 液压油污染的控制措施

  2.1 控制液压油的工作温度

  液压油工作温度过高, 对液压系统的工作元件不利, 同时会使液压油加速氧化。据资料介绍, 当油温超过 55℃ 后温度每升高 90℃ , 油的使用寿命缩短一半, 因此, 对不同用途和不同工作条件的机器。应有不同的允许工作油温。一般机械液压系统的工作温度最好控制在 65℃ 以下, 工程机械液压系统工作温度以控制在 80℃ 以下。控制液压油的工作温度主要是对液压系统的冷却器性能的控制, 整个液压系统液压油油量的合理控制, 液压系统元器件负荷及转速的控制。

  2.2 元件和系统在加工和装配过程中污染控制

  元件在加工制造中, 每一工序都必须对加工中残留的污染物进行净化清除; 元件装配前必须进行清洁处理, 装配后必须进行严格的清洁和检验; 油箱和管道在去除毛刺、焊渣等污染物后, 需进行酸洗以去除其表面氧化物; 对初装好的液压系统作循环冲洗, 并定时从系统中取样分析, 循环冲洗直至系统清洁达到要求。

  ( 1 ) 新的液压件组装前, 旧的液压件受到污染后都必须经过清洗方可使用, 清洗过程中应做到以下几点:

  1 ) 液压件拆装、清洗应在符合国家标准的净化室中进行,如有条件操作室最好能充压, 使室内压力高于室外, 防止大气灰尘污染。若受条件限制, 也应将操作间单独隔离, 一般不允许液压件的装配间和机械加工间或钳工间处于同一室内, 绝对禁止在露天、棚子、杂物间或仓库中分解和装配液压件。拆装液压件时, 操作人员应穿戴纤维不易脱落的工作服、工作帽, 以防纤维、灰尘、头发、皮屑等散落入液压系统造成人为污染。严禁在操作间内吸烟、进食。

  2 ) 液压件清洗应在专用清洗台上进行, 若受条件限制, 也要确保临时工作台的清洁度。

  3 ) 清洗液允许使用煤油、汽油以及和液压系统工作用油牌号相同的液压油。

  4 ) 清洗后的零件不准用棉、麻、丝和化纤织品擦拭, 防止脱落的纤维污染系统。

  5 ) 清洗后的零件不准直接放在土地、水泥地、地板、钳工台和装配工作台上, 而应该放入带盖子的容器内, 并注入液压油。

  6 ) 已清洗过但暂不装配的零件应放入防锈油中保存, 潮湿的地区和季节尤其要注意防锈。

  ( 2 ) 液压件装配中的污染控制:

  1 ) 液压件装配应采用 “ 干装配”法, 即清洗后的零件, 为了不使清洗液留在零件表面而影响装配质量, 应在零件表面干燥后再进行装配。

  2 ) 液压件装配时, 如需打击, 禁止使用铁制鎯头敲打, 可以使用木锤、橡皮锤、铜锤和铜棒。

  3 ) 装配时不准带手套, 不准用纤维织品擦拭安装面, 防止纤维类脏物侵入阀内。

  4 ) 已装配完的液压元件、组件暂不进行组装时, 应将它们的所有油口用塑料塞子堵住。

  ( 3 ) 液压系统总装的污染控制:

  1 ) 软管必须在管道酸洗、冲洗后方可接到执行器上, 安装前要用洁净的压缩空气吹净。中途若拆卸软管, 要及时包扎好软管接头。

  2 ) 接头体安装前用煤油清洗干净, 并用洁净压缩空气吹干。对需要生料带密封的接头体, 缠生料带时要注意两点: A.顺螺纹方向缠绕; B. 生料带不宜超过螺纹端部, 否则, 超出部分在拧紧过程中会被螺纹切断进入系统。

  3 ) 液压管道安装的污染控制:

  A. 液压管道是液压系统的重要组成部分, 也是工作量较大的现场施工项目, 而管道安装又是较易受到污染的工作, 因此,液压管道污染控制是液压系统保洁的一个重要内容。

  B. 管道安装前要清理出内部大的颗粒杂质、绝对禁止管内留有石块, 破布等杂物。管道安装过程中若有较长时间的中断,须及时封好管口防止杂物侵入。为防止焊渣、氧化铁皮侵入系统, 建议管道焊接采用气体保护焊如氩弧焊。

  C. 管道安装完毕后, 必须经过管道酸洗、系统冲洗后方可作为系统的一部分并入系统。绝对禁止管道在处理前就将系统连成回路, 以防管内污染物侵入执行器、控制件。

  D. 管道酸洗分为槽式酸洗和循环酸洗两种。

  E. 系统冲洗在酸洗工作结束后进行, 是液压系统投入使用前的最后一项保洁措施, 必须确保所有管道和控制元件冲洗达到要求精度。系统冲洗应分两步进行。首先将现场安装的管道连成回路, 冲洗达到要求精度后, 再将阀台、分流器等控制部件接入冲洗回路, 达到要求精度后方为冲洗合格。

  F. 系统酸洗、冲洗后, 即可将所有元件、管道按要求连成工作回路。此过程要特别注意管接头保洁, 连接完毕后, 尽量避免拆卸, 必要时要注意用干净的布包扎好, 确保管接头、管口不受污染。

  2.3 液压件运输中的污染控制

  液压元件、组件运输中, 应注意防尘、防雨, 对长途运输特别是海上运输的液压件一定要用防雨纸或塑料包装纸打好包装, 放入适量的干燥剂, 不允许雨水、海水接触液压件。装箱前和开箱后, 应仔细检查所有油口是否用塞子堵住、堵牢, 对受到轻度污染的油口及时采取补救措施, 对污染严重的液压件必须再次分解、清洗。

  2.4 液压油的过滤和净化

  为了控制油液的污染度, 要根据系统和元件的不同要求,分别在吸油口、压力管路、伺服调速阀的进油口等处, 按照要求的过滤精度设置滤油器, 以控制油液中的颗粒污染物, 使液压系统性能可靠、工作稳定。滤油器过滤精度一般按系统中对过滤精度敏感性最大的元件来选择。定时对滤油器进行检查和净

  化。液压系统油液的污染度随着外界污染颗粒侵入率和系统内各种磨损颗粒数的增加而增大, 随着过滤比的增大而减小, 因此合理选择过滤比可有效地降低系统的污染度。

  2.5 防止污染物混入液压系统

  油箱要合理密封并装设高效能的空气滤清器以防止尘土、水分的进入; 注入新油必须经过有效的过滤, 系统的回油也应进行有效的过滤; 管路接头等连接处密封严密, 防止尘土、水分和空气进入液压系统; 活动件( 如液压缸活塞杆端) 必须装有防尘密封装置。

  2.6 定期检查和更换液压油

  液压油在使用过程中, 污染物的侵入会对液压系统造成不良的影响, 要对液压油污染进行有效的控制, 必须定期对各密封处、接头处进行检查处理, 对液压系统的液压油进行检查分析, 还要定期更换液压油。更换液压油时必须将旧液压油放净,整个液压系统必须先清洁后, 再注入新的液压油。

  2.7 采用液压油污染度的在线监测技术

  污染状态在线监控是实现设备主动维护的基础, 也是污染控制的一个重要方面。随着油液监测技术和设备不断发展, 便携式检测仪、在线检测仪等仪器的性能不断提高, 应用逐渐广泛, PALL 、英特诺曼等公司都有这样的产品, 即可用于一般油液检测, 也可用于水乙二醇等介质, 连接方便, 在现场数分钟就可以产生按 ISO 或 NAS 标准的结果, 结果还可以储存、打印。通过这些仪器的应用, 我们就能够随时了解系统的污染情况,掌握污染的变化趋势, 并进行分析, 有针对性的采取措施, 把问题消除于起始状态。在污染的检测分析中, 还可以结合铁谱和光谱的检测, 光谱可分析油液中元素含量, 弥补铁谱不能分析有色金属的缺点, 铁谱可以检测磨损颗粒的形状、分布, 弥补光谱无法判断磨损类型的缺点, 两者互补, 更准确地分析油样带来的有关污染和磨损信息。

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