液压油污染原因、危害及如何防治.doc

液压油污染原因、危害及如何防治本文简介了液压油污染的原因、危害、防止及相关标准液压系统的故障至少有75%以上是由于液压油的污染所造成的。液压油的污染使液压系统产生故障或损坏的形式有以下几种类型：1)性能不稳定 2)性能恶化 3)元件损坏液压油被污染会大大降低了液压系统工作的可靠性和寿命，耗费油液造成经济损失。因此，了解与研究油液污染的原因，对油液污染加以控制是十分必要的。1.液压油污染的原因 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、其它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，在使用过程中运动的零件磨损和液压油的物理化学性能的变化。 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所列： 表1污染类型污染原因潜在污染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潜在污染自制的零件在加工、装配、试验、贮存、运输等过程中，铸造型砂、切屑、磨料、焊渣、锈片、涂料细片、橡胶碎块及灰尘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工作过程中，外来污染物(如灰尘、潮气、异种油等)可经油箱通气孔和加油口侵入系统，如通过往复运动的活塞杆、注入系统中的油液、油箱中流动的空气、溅落或凝结的水滴、流回油箱中的漏油等使污染物侵入系统中，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、以及大气中的灰尘等均可进入油液。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5m以上的颗粒物3万至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，将会使系统污染增加4-7倍。同时在装配、修理时，容易使灰尘、棉绒等侵入液压系统中。 1.3 再生污染再生污染是指液压油在液压系统工作中生存的污染物。如零件的残锈、剥落的漆片、运动件和密封材料的磨损颗粒、过滤材料脱落的颗粒或纤维等。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。2. 液压油污染的危害污染是液压系统的主要危害，污染物混入液压系统后会加速零件的磨损、研伤烧伤甚至破坏，引起液压元件性能早期下降，液压系统产生故障。由此可见，污染造成的后果是严重的。其危害有：2.1 对系统工作性能的影响由于液压油中的污染物部分或全部堵塞了液压元件的节流孔或缝隙，就改变了液压系统的工作性能，引起动作失调，甚至系统完全失灵。如压力阀的压力产生随机漂移。当污染物颗粒嵌入阀芯滑动面间，使移动阻力增大，反应迟钝，动态响应速度变慢，严重时阀芯被卡牢。在液压油固体污染物中，金属颗粒约占75% ，尘埃约占15% ，其他杂质如氧化物、纤维、树脂等约占10% 。磨损使阀的泄漏增加，造成控制阀流量放大系数及控制灵敏度下降，使泵、马达、液压油缸的容积效率降低，控制系统刚性减小等。2.2 对液压元件的影响液压元件工作性能的下降与颗粒污染物的数量、大小、形状、密度和硬度等有关。其中数量、大小、硬度起主要作用。液压油中固体颗粒污染物使泵的运动件表面磨损加剧，刮伤、咬死，泵的效率降低，故障频繁寿命缩短。如某注塑机的叶片泵产生噪声大、温升高和压力波动大等故障。经分解检查，发现转子端面、配油盘磨损严重，定子工作面则完全磨坏。阀类元件的共同特点是阀芯和阀体配合精密，间隙很小，带有硬度的固体颗粒物一旦嵌入滑动面中，使阀芯移动困难或卡牢，磨损加剧阀口密封被破坏而产生故障。伺服阀污染敏感性试验表明：每100mL油液中，直径1- 5m的颗粒超过25-500万个时，伺服阀将完全失去功能。液压油中固体颗粒污染物会加速液压油缸密封装置的损坏，使缸运动表面拉伤、磨损、导致内外泄漏增加，推力不足或动作不稳定，爬行、速度下降，产生异常的响声与振动等故障。液压油污染到一定的程度后，会引起滤油器网眼堵塞，液压泵吸油困难而产生气蚀、振动和噪声。堵塞严重时，会因压力降过大而将滤网击穿，完全丧失过滤作用，造成恶性循环。3.液压油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65OC以上时，液压油的氧化速度加快。油温每增加10OC ，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。4.液压油的污染控制途径4.1减少潜伏的污染1)严格检查元件的清洁度。包括：泵、阀、液压缸、高压软管等外购件，必须向供货商提出明确要求，在运输和保管过程中，所有的油口都必须加盖密封，防止污物侵入。2)装配前所有的元件和辅件必须仔细清洗，清洗干净后，用塑料胶带封闭所有油口。3)加强液压油的管理，液压油进厂必须进行取样检验，检验合格的油还需再过滤，才能注入油箱。4.2 防止侵入污染1)防止环境污染，装配车间要远离有灰尘作业的环境，有条件的装配车间最好能充压，使室内压力略高于室外，以防止大气中的颗粒物污染。2)采用“湿加工，干装配”法。所有零件装配前都要进行清洗，然后用压缩空气吹干，再进行装配。3)液压元件要进行台架试验。要进行加载、高压跑合和清洗。在试验台液压系统中，应设多级过滤，勤清洗，当液压油超过使用界限时，应及时换油。4.3 防止再生污染再生污染是液压油在系统工作过程中生成的污染，主要有运动副磨损的微粒、零件的残锈、驳落的漆片和液压油变质等。为有效防止再生污染，应选择适当的滤油器。4.4 液压油变质的控制 由于液压油变质所引起的故障和控制措施，如表2-表8：表2：粘度变化引起的故障粘度故障现象原因控制措施 粘度变低泵有噪声，排油量不足，产生异常磨损油温控制不严，油温上升采取冷却措施或检修冷却系统内泄漏增加，执行元件动作不正常元件标准与使用的粘度不符或油的粘度不符更换液压油或元件压力阀工作不稳定，压力表指针振摆油的粘度不适宜换油润滑不良，运动面产生不正常磨损油的粘度不适宜换油 粘度变高泵吸油不良、卡住粘度选择不当换油使粘度下降泵吸油阻力增大产生气蚀油温太低配置低温时的加热器滤油阻力增大而引起故障油温控制不良修理油温控制装置配管阻抗引起压力损失，使输出压力降低标准元件使用了高粘度的油液更换元件或更换低粘度的油液控制阀的动作滞后或动作不良使用的油液粘度不当更换液压油或元件 表3：防锈性能变化引起的故障故障现象原因控制措施润滑部分生锈，控制阀动作不灵防锈性能差的油中混有水更换防锈性能好的液压油脱锈，失去防锈能力油中含水超过规定采取措施，防止水混入油中因生锈的颗粒使元件动作不良、甚至发生伤痕从开始发生逐渐发展恶化进行清洗和防锈处理其它金属的腐蚀(铜、铝、铁)添加剂的影响检查工作油的成分随着气蚀发生腐蚀工作油劣化，油中混入腐蚀物防止油质劣化过滤器、冷却器有局部腐蚀油中混入水分而发生腐蚀定期清洗或更换过滤器，检修冷却器，不得有渗漏现象 表4：消泡性能变化引起的故障故障现象原因控制措施油箱中油液发生气泡，消泡作用不良消泡剂已耗完，吸油管进气，油面过低换油，检修吸油管或注油吸油口气泡产生气蚀工作油的性能不好改进油箱或重新设计执行元件抖动，动作不良且滞后工作油消泡性失效更换液压油 表5：抗乳化性能变化引起的故障故障现象原因控制措施油液中水分过多而生绣工作油的性质劣化更换抗乳化性能好的工作油工作油的劣化变质较快油劣化、抗乳化性能恶化、油水分离性能低更换液压油泵、阀等元件因水分而发生腐蚀和点蚀同上同上 表6：润滑性能破坏后引起的故障故障现象原因控制措施元件磨损增加、寿命及性能降低工作油劣化，混入了杂质污染更换液压油执行件(缸与马达)寿命及性能降低粘度下降，污染增加更换液压油泵与马达处于边缘润滑状态，磨损增加。出现表面硬性划伤疲劳性剥落，活性物质引起的腐蚀性摩擦油膜过薄或不能形成，介质的性质变化选用较好的液压油，注意其润滑及启动过程增加润滑剂表7：液压油污染度变化引起的故障故障现象原因控制措施泵出现异常磨损、粘附或被卡住装配时元件及管内的附着物脱落，元件磨损，尘埃进入注意清洗，安装和密封，定期抽样检查，加强过滤控制压力阀、流量调节阀及伺服阀动作性能不良运行中由外部混入杂质污染注意环境污染加强密封和维护或重新研究装置过滤器堵得较快润滑部分的磨损微粒有效地使用过滤器、清洗、检查 表8：劣化及低温流动性变化引起的故障性质故障现象原因控制措施劣化元件动作不良高温下使用，油液产生氧化避免在60OC以上的高温下使用元件金属表面被腐蚀水力、金属微粒等杂质加速劣化清除杂质污染因防锈性、抗乳化性降低而产生故障局部温升过高禁止局部加热或局部冷却低温流动性低于流动点时，无良好的流动性工作油液的性质不好，添加剂不合适正确选择工作油和添加剂 总之，油液的污染会给系统造成多方面的故障。目前，国内外对控制油的污染非常重视，从多方面采取措施，制定了污染度的标准和等级，开发了相应的仪器和新型滤油器，使伺服阀的寿命提高了数倍。为防止侵入性污染，开发了密闭式油箱，在油箱中装特殊的永磁体，以吸收混入油中的铁粉杂质。5.液压油污染标准 液压油的污染程度及能否使用，必须有一个标准和检验方法。目前，我国尚未发布油液污染度的国家标准。国际上多采用NAS“美国宇航标准分级”和ISO“国际标准化组织”发布的污染度标准。液压油的污染用污染度等级来表示，它是指单位体积工作介质中固体颗粒污染物的含量，即工作介质中所含固体颗粒的浓度。为了定量描述和评价工作介质的污染程度，现将国际标准化组织ISO4406标准中规定的污染度等级标准列表如下，见表9： 表9：ISO4406污染度等级标准等级代号颗粒数/每毫升等级代号颗粒数/每毫升大于上限值大于上限值24800001600001110202340000800001051022200004000092.5521100002000081.32.52050001000070.641.3192500500060.320.64181300250050.160.3217640130040.080.161632064030.040.081516032020.020.04148016010.010.0213408000.0050.011220400.90.00250.005 由表9可知，ISO4406规定的污染度等级，根据颗粒浓度的大小共分为26个等级，颗粒浓度愈大等级代码数愈大。ISO4406规定工作介质的污染度，用两组等级代码及中间一条斜线组成，前面一组代码代表1毫升(mL)工作介质中尺寸不小于5微米(m)的颗粒数等级，后面一组代码代表1毫升(mL)工作介质中尺寸不小于15微米(m)的颗粒数等级。例如：污染度等级代码为18/15的液压油，它表示该液压油每毫升内不小于5微米(m)的颗粒数在1300 2500之间，不小于15微米(m)的颗粒数在160 320之间。为了严格和有效控制液压系统的清洁度，以保证液压系统的工作可靠性和液压元件的使用寿命，国家相关行业制定了典型液压元件和液压系统清洁度等级要求，见表10。表10典型液压元件清洁度等级液压元件类型优等品一等品合格品各种类型液压泵16/1318/1519/16一般液压阀16/1318/1519/16伺服阀13/1014/1115/12比例控制阀14/1115/1216/13液压马达16/1318/1519/16活塞缸和柱塞缸16/1318/1519/16摆动缸17/1419/1620/17液压蓄能器16/1318/1519/166.液压油污染的检测方法1)血球计数法 这是一种比较经济的测定方法，一般只需测四次，准确度可达95% 以上。测定值按NAS1638或ISO4406污染度标准，确定污染度级别。2)重量法 用每100ml油液中允许的颗粒重量表示，即(mg/100ml)。测定的方法是将100ml的油，经0.45m孔径的薄膜过滤，然后烘干，用天平秤出薄膜的增量部分，再根据NAS1638污染度标准，确定污染度级别。 表11 NAS1638污染度标准等级100101102103104105106107108mg/100ml0.020.050.100.300.500.701.02.04.0 3)液压油污染的现场检测 表12 液压油污染程度的判别与处理措施外观气味状态处理措施颜色透明正常良照常使用透明但颜色变淡正常混入别种油液检查粘度若符合要求可继续使用变成乳白色正