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液压系统的污染与对策.doc液压系统的污染与对策.doc -- 6 元

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目录摘要第一章绪论1一液压系统污染控制的意义1二液压系统污染物的种类及其来源1第二章液压系统油液污染的危害3一液压油污染的危害3二液压元件污染对系统的性能影响3第三章油液污染度测定及污染度的等级7一典型的固体颗粒污染物7二污染度的测定方法7三污染度的等级8第四章过滤器11一过滤器的类型11二过滤器的结构11三过滤器的性能参数13第五章过滤系统的设计15一过滤系统污染控制方程15二过滤器的安装使用17三过滤器精度选择21四过滤器尺寸的确定24第六章液压元件的污染磨损及污染敏感度27一污染磨损机理27二液压泵污染敏感度28第七章液压系统污染控制措施31一污染控制平衡图31二污染控制的主要措施32三液压系统中污染物的清洗及其清洗时的注意事项34四清洁度的维护36第八章结论38致谢语39参考文献40英文摘要41液压系统的污染与对策摘要随着液压技术在各工业部门的广泛应用,对液压设备的工作提出了更高的要求。实践证明,液压设备的工作可靠性和寿命与工作介质的污染状况有密切的关系。随着液压设备向高速、高压和高精度方向发展,污染造成的危害更加突出。因此,液压系统污染问题已愈来愈受到国内外工业界的重视,从而促进了对液压污染控制的广泛研究。本文主要论述了液压系统的污染,对主要污染物,过滤技术,污染磨损,液压元件污染敏感度进行分析,目的使液压介质的污染度控制在关键元件所能承受的范围内,减少污染磨损,防止突发性故障,提高液压设备的工作可靠性和使用寿命。本文对过滤系统进行设计,通过其精度的要求,合理选用,根据实际情况确定过滤器的安装位置。通过对液压元件的污染磨损及污染敏感度的简要讨论,综合考虑,画出污染控制平衡图。主要解决了以下问题液压系统中污染物的控制,对液压系统中污染物的清洗及其应该注意的事项,进一步维护了液压系统中的清洁度。关键词液压系统液压油污染过滤器对策2010届机械设计制造及其自动化专业毕业设计第1页共41页1绪论1.1污染控制的意义随着液压技术在各工业部门的广泛应用,对液压设备的工作提出了更高的要求。实践证明,液压设备的工作可靠性和寿命与工作介质的污染状况有密切的关系。根据国内外的统计资料,液压和润滑系统中的70以上的故障是由于污染造成的。随着液压设备向高速、高压和高精度方向发展,污染造成的危害更加突出。因此,液压系统污染问题已愈来愈受到国内外工业界的重视,从而促进了对液压污染控制的广泛研究。国际上在20世纪60年代,首先在航天工业部门开展了液压污染控制的研究,经过了30多年的发展,在理论研究和广泛生产实践的基础上,液压污染控制已成为一门新的技术,它的广泛应用已显著地提高了液压系统的工作可靠性和使用寿命。例如,英国液压研究协会(BHRA)对注塑机、机床、舰艇等8类117种现场用液压设备进行检测后发现,由于加强对工作介质污染控制,使设备的平均无故障期延长10~50倍。日本Nippon钢铁公司由于在全厂范围内注意实施液压介质污染控制后,使泵的更换率减少到原来的1/5。我国某矿务局引进综采机组,由于忽视污染控制,油液污染严重,在短短的几个月内便损坏了几十台液压泵和液压马达,造成了几十万美元的经济损失。由此可见,掌握污染控制的理论和方法,对液压系统进行严格的污染控制,具有非常重要的意义。液压系统污染控制研究的内容主要包括污染物分析,过滤技术,污染磨损,液压元件污染敏感度等。研究的目的是要使液压介质的污染度控制在关键元件所能承受的范围内,减少污染磨损,防止突发性故障,提高液压设备的工作可靠性和使用寿命。1.2污染物的种类所谓污染物是指对液压系统的正常工作、使用寿命和工作可靠性产生不良影响的外来物质和能量。油液中的污染物质根据其物理形态可分为固态、液态和气态三种类型。固体污染物通常以颗粒形状存在于系统油液中,液态污染物主要是外界侵入系统的水,气态污染物主要是空气。按系统划分,污染大致可分为原有污染物、侵入污染物、生成污染物和人为造成的污染物四种。1原有污染物是指潜藏在元件和管道内的污染物。主要是系统元件、组合件在加工、装配、包装、储存和运输等过程中残留的污染物,如金属切屑、氧化皮、焊渣、型砂及尘埃等。2侵入污染物是指外界侵入的污染物。如油箱呼吸口密封性差、液压缸的活塞杆表面未设置防尘圈,引起外界的污染物侵入还有如维修过程中不注意清洁,将环境周围的杂物带入油箱和管道内另外,忽视油液的过滤,从而把污染物带入以粗代细、甚至不用过滤器、过滤器几年不清洗、滤网不经常清洗、换油或补油时不重视油的过滤、脏的油桶未经严格清洗就拿来用,从而把污染物带入。3内部生成污染物指工作期间所产生的污染物。系统在组装、运行、调试过程中元件磨损所产生的金属磨损物,管道内锈蚀剥落物,密封件磨损物和碎片,以及油液氧化变质生成沉淀物和胶质。油中的水使金属腐蚀形成水锈等。4维护、保养、维修中造成的污染。在设备正常维护保养中更换滤芯和液压油、清洗油箱,陈贵东液压系统的污染与对策第2页共41页维修拆装液压缸、阀等,也会使固体颗粒、水、空气、纤维等进入液压油中。归纳起来,实际液压系统中的污染物质主要有固体颗粒、水、空气、化学物质和微生物等。油液中的化学污染物有溶剂、表面活性剂、油液提炼过程中残留的化学物质,以及油液或添加剂分解产生的有害化学物质。微生物一般常见于水基液压油中,因为水是微生物生存和繁殖的必要条件。此外,液压系统中存在的静电、磁场、热量及放射物等也是一种以能量形式存在的污染物质。静电可引起对元件的电流腐蚀,还可能导致矿物油的挥发物碳氢化合物燃烧而造成火灾。磁场的吸引力可使铁磁性磨屑吸附在零件表面或过滤器中,导致磨损加剧、堵塞和卡紧等故障。系统中过多的热量使油温升高,导致油液润滑性能下降,泄露增加,加速油液变质和密封件老化。放射性将使油液酸值增加,氧化稳定性降低,挥发性增大,还将加速密封件材料变质。2010届机械设计制造及其自动化专业毕业设计第3页共41页2液压油液污染对液压系统的危害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。因此液压油是否清洁,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,因此控制液压油污染是十分重要的。2.1液压油污染的危害2.1.1污染物引起元件故障液压油中的各种颗粒污染物在滑阀间隙内逐渐淤积会引起滑阀卡阻故障,会堵塞液压元件的节流孔或阻尼孔,改变液压系统的工作性能,引起动作失调甚至完全失灵,产生误动作造成事故会破坏液压缸活塞组件间的密封,使高低压腔串通,破坏了系统速度的稳定性或者会出现爬行及震动等。2.1.2加剧磨损导致元件性能迅速降低污染引起的磨损有固体颗粒磨损、腐蚀磨损和气蚀磨损。其中固体颗粒磨损是污染磨损的主要形式,可能会引起滤网堵塞、液压泵吸油困难、回油不畅而产生气蚀、振动和噪声,堵塞严重时会因阻力过大而将滤网击穿,完全丧失过滤作用,造成液压系统的恶性循环。2.1.3引起液压油性能的变化液压油的污染还会导致自身的物理性能和化学性能发生变化,而降低油液的一些性能指标,引发如空穴现象、液压冲击、振动及噪声,以至于加速液压油的变质,降低润滑性能。油液污染会使系统工作不正常,常出故障,元件磨损加快,寿命缩短直到损坏。具体危害如下1污染物会加速泵的运动零件的磨损,导致液压装置内泄漏增加,造成油泵的容积效率降低,机械效率降低,元件寿命缩短,动力利用率低下,最后运动减慢。2污染物会使阀的滑动零件被磨损,控制阀磨损,则导致执行机构定位精度差,泄漏增加,进而导致系统过热。污染物沉淀使滑阀粘结,从而导致电磁线圈失效,阀芯粘结的可能产生大的冲击负载,进而损坏软管、管件、接头及其他部件。3污染物会使截流口和压力阀的阻尼孔时堵时通,引起系统工作压力不稳定、动作不灵敏。4污染物会加速密封件损坏和钢筒或活塞杆负载能力降低,还会使缸的缓冲失灵。5污染物会把滤网堵住,泵吸油困难而吸入空气产生噪声,并使泵发热。6污染物会把阀芯卡住,使阀动作失灵,造成事故。7油液混入水分会使油变质,这不仅腐蚀元件和影响聚氨脂橡胶密封件的性能,同时,由于油膜变化会使工作台运行时产生爬行。2.2液压元件污染对液压系统性能的影响在液压系统中污染通常指的是液压油的污染,人眼看起来很干净的油液,其中可能悬浮着陈贵东液压系统的污染与对策第4页共41页大量的微小颗粒,正是这些颗粒对系统性能产生极大的有害影响,是液压元件正常工作的一大隐患,是造成液压故障的元凶。美国流体动力研究中心菲奇博士指出污染导致液压系统及元件故障的三种基本形式是不稳定、严重损坏和性能劣化污染。引起油压机械产生故障的主要表现为突发失效、间歇失效和退化失效。例如它对元件滑动表面产生直接阻力,磨擦阻力间隙增大,使液压系统的压力下降,故障次数增加,不仅使机械设备发挥不了正常的工作效率,还会增加设备维修费用,从而引起一系列连带性损失使企业付出沉重的经济代价。2.2.1液压元件失效类型液压油污染物颗粒大小不一形状各异,并由多种成分构成,大多数是磨粒性的。当它们与液压元件表面相互作用时,会从元件的表面上犁削和切削出碎片,这种磨粒磨损与其造成的元件表面疲劳约占液压元件退化失效的90,污染物造成元件的失效也不尽相同,根据其危害程度和造成的元件故障现象,可以把污染引起的元件失效分为突发失效、间歇失效和退化失效。1突发失效突发失效出现在一个尺寸较大的污染颗粒进入泵或阀配合副间隙中的时候,如在一个滑阀中陷入一个关键部位的一个大颗粒,能阻止阀芯完全关闭。当一个阀的控制节流孔被一个大颗粒堵住时,就会造成节流阀的突发失效,精细颗粒也能引起突发失效,如一个阀可能因为细小污染物淤积到一定程度而无法工作。2间歇失效间歇失效可能是由于一个阀座上妨碍该阀正确归座的污染物所致。如果该污染颗粒很硬,使该阀不能正常落入阀座,而当阀再次打开时,该颗粒又可能被冲走,出现落座故障。偶发现象同样性质的颗粒,可能导致这种情况再次发生,于是出现间歇失效。3退化失效退化失效可能是磨粒磨损、腐蚀气体冲刷磨损或元件表面疲劳的结果。每一种损害都使系统元件中内泄漏增加,这会降低其效率或精度,这些变化一开始很难被察觉,最终的结果可能是突发失效。对泵来说,尤其如此最容易引起磨损的颗粒是间隙里的颗粒,它们刚好落入元件运动表面之间的关键间隙中。2.2.2液压油污染对油压机械性能的影响在液压传动中常见间隙形式有两种,一种是由两个平面形成的平面间隙,如柱塞泵的缸体与配流盘。另一种是由内外圆柱表面形成的环状间隙,如柱塞泵的柱塞和柱塞孔,换向阀的阀芯与阀体之间,以及液压缸活塞与缸体之间等配合处。污染油中的个别大污染颗粒,在液压元件的关键间隙位置,能导致突发失效。少量淤泥尺寸颗粒,也会因淤积至一定程度而带来问题。对于泵类元件,污染固体颗粒会使泵的传动部件,如柱塞泵中柱塞和缸孔、叶片泵的叶片和叶片槽、齿轮泵的齿轮和壳体等零部件产生磨损或卡死,使动作失灵。对于阀类元件,会堵塞节流孔和阻尼孔,使阀的性能变坏。对于液压缸,污染颗粒会加速密封件的磨损,使泄露量增大。就履带式沥青摊铺机而言,液压油的污染常常会导致行走柱塞变量泵的伺服阀堵塞,影响泵的排量,使沥青摊铺机出现跑偏现象,严重的甚至会使行走系统失灵无法工作。1液压泵液压泵内相对运动的零件,由一个充满油液的小间隙隔开。对于大多数泵而言,其少数元件表2010届机械设计制造及其自动化专业毕业设计第5页共41页面上剥离,很少量的材料如果导致油液被污染,则液压油会出现快速退化,最终泵被卡死,从而使泵失效。泵中低压元件的设计允许有较大的间隙,一般来说只有较大的污染颗粒,才会造成明显的危害。泵压力的提高或脉动,在促使污染对泵造成损害上起主要作用,泵中关键间隙对污染敏感的区域,有滑靴对斜盘、缸体对配流盘、柱塞对缸体等。如图21所示图21轴向柱塞泵关键间隙对污染敏感的区域轴向柱塞泵诸间隙在正常工作条件下,进行自动调整,即间隙随压力提升而变小。在不利的条件下,尤其是存在冲击载荷的场合,较小尺寸的污染颗粒的敏感性增加。甚至在名义间隙固定的场合,元件在高载荷下,可能取偏心位置。对于较小颗粒变得更敏感,从而出现间隙卡滞,使泵的输出流量增大。甚至在给定的轴转速下,不再输出所需的流量,时至卡死,泵的有效寿命就结束了。比较常见的是液压油污染引起的退化不知不觉地进行,直到最终出现突发性失效。2滑阀式换向阀在大多数方向阀中,阀芯与阀孔之间的径向环状间隙一般为413m。在一个CETOP3阀中,阀芯与阀孔之间的径向间隙可能小于2.5m。比如在电气操作的阀中,作用在电磁铁上的力,有液动力、弹簧力、摩擦力和惯性力,液动力、弹簧力和惯性力是固定的,摩擦力则在很大程度上与系统清洁度有关。如果系统被尺寸与半径间隙和直径间隙相当的颗粒污染,则移动阀芯需要很大的力。有一种更为严重的情况是由淤积造成的,污染物在压力下被挤进间隙,最终导致油膜破坏和阀芯卡紧。以在21MPa下工作的CETOP3阀为例见图22,与电磁铁的作用力相比,如果一个此类型的阀,在弹簧偏置位置或通电位置停留一段时间,则阀芯与阀孔之间会发生淤积并导致其完全不动。图22方向阀阀芯的关键间隙
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liyun上传于2013-11-21

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