液压系统污染的分析与对策.pdf

液 压 系 统 污 染 的 分 析 与 对 策张 雪 华 建 龙 岩 师 专 机 电 工 程 系 ,福 建 龙 岩 364012)摘 要 :对 产 生 液 压 系 统 污 染 的 种 类 、 原 因 及 影 响 进 行 分 析 ,进 而 找 出 影 响 因 素 及 控 制 污 染 的 措 施 。关 键 词 :液 压 系 统 ;污 染 ;液 压 油中 图 分 类 号 : 文 献 标 识 码 :B 文 章 编 号 :100024858 (2003) 0920059203液 压 系 统 广 泛 地 应 用 于 各 种 工 业 设 备 中 ,一 个 液压 系 统 能 否 正 常 地 工 作 ,除 系 统 设 计 、 元 件 制 造 和 维 护外 ,油 的 清 洁 度 是 十 分 重 要 的 因 素 。 油 液 的 污 染 将 会影 响 系 统 的 正 常 工 作 和 使 元 件 过 度 的 磨 损 ,甚 至 会 造成 设 备 事 故 。 液 压 油 对 液 压 设 备 犹 如 血 液 对 于 生 命 ,清 洁 的 液 压 油 在 机 械 内 循 环 流 动 是 保 证 设 备 正 常 运 行和 润 滑 的 重 要 条 件 。 有 关 资 料 表 明 ,现 场 70 % 80 %液 压 系 统 的 工 作 不 稳 定 和 出 现 故 障 都 与 液 压 油 污 染 有关 。1 液 压 系 统 污 染 的 种 类 与 产 生 污 染 的 原 因液 压 系 统 污 染 主 要 是 液 压 油 被 污 染 ,即 指 液 压 油中 含 有 水 、 空 气 、 固 体 颗 粒 、 化 学 物 质 和 微 生 物 等 杂 物 ,另 外 油 温 的 变 化 导 致 油 的 变 质 也 是 一 种 污 染 。按 系 统 划 分 ,污 染 大 致 可 分 为 原 有 污 染 物 、 侵 入 污染 物 和 生 成 污 染 物 3 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 耗 物 ,管 道 内 锈 蚀 剥 落 物 ,密 封 件 磨 耗 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 。2 污 染 对 液 压 系 统 的 影 响收 稿 日 期 :2003207206作 者 简 介 :张 雪 华 (1966 ) ,女 ,福 建 龙 岩 人 ,讲 师 ,学 士 ,主要 从 事 液 压 传 动 与 控 制 等 课 程 的 教 学 工 作 。在 液 压 系 统 的 各 类 污 染 物 中 ,固 体 颗 粒 最 常 见 且危 害 最 大 。 有 关 资 料 表 明 ,在 污 染 引 发 的 液 压 系 统 故障 中 ,除 了 30 %源 于 腐 蚀 外 ,其 余 70 %都 是 由 于 固 体颗 粒 存 在 造 成 液 压 元 件 表 面 机 械 磨 损 。 固 体 颗 粒 不 仅加 快 液 压 元 件 磨 损 ,而 且 会 堵 塞 元 件 的 间 隙 和 孔 口 ,使控 制 元 件 动 作 失 灵 而 引 起 系 统 失 效 。 系 统 失 效 主 要 有3 种 模 式 :即 突 然 失 效 、 退 化 失 效 、 瞬 时 失 效 。 突 然 失效 主 要 是 进 入 元 件 的 大 颗 粒 污 染 物 (一 般 超 过 100 m)造 成 的 ,它 通 过 妨 碍 元 件 表 面 的 相 对 运 动 直 至 元件 卡 死 来 造 成 损 坏 。 退 化 失 效 是 由 渗 入 运 动 间 隙 的 小颗 粒 引 起 的 ,其 特 点 是 系 统 性 能 逐 渐 降 低 ,颗 粒 破 坏 了润 滑 油 膜 ,并 与 元 件 表 面 相 作 用 ,通 过 轻 微 形 式 的 疲 劳造 成 磨 损 ,直 到 情 况 严 重 时 产 生 磨 粒 磨 损 。 研 究 表 明 ,当 污 染 等 级 高 时 ,系 统 工 作 不 到 100 h 就 会 失 效 ,而 在特 别 清 洁 的 情 况 下 ,系 统 工 作 10000 h 性 能 才 会 适 度降 低 。 瞬 时 失 效 是 颗 粒 瞬 间 干 扰 元 件 性 能 所 致 。 另外 ,固 体 颗 粒 还 起 着 催 化 剂 的 作 用 。 并 促 使 油 液 氧 化导 致 其 性 能 下 降 。 由 于 固 体 颗 粒 的 存 在 还 增 加 了 油 液的 热 容 量 ,所 以 还 将 影 响 到 周 围 传 递 热 的 能 力 。除 了 固 体 颗 粒 外 ,液 压 油 中 的 气 泡 或 泡 沫 是 一 种无 形 的 污 染 物 。 它 可 以 使 油 液 本 身 的 刚 度 减 小 ,容 积效 率 减 小 或 可 靠 性 降 低 ,油 中 的 气 泡 瞬 时 压 缩 还 会 使气 泡 温 度 急 剧 升 高 ,加 速 油 液 的 氧 化 、 降 低 油 的 润 滑 性952003 年 第 9 期 液 压 与 气 动和 加 速 密 封 件 的 老 化 。 据 报 道 ,到 达 允 许 温 度 上 限 后 ,每 超 过 10 则 液 压 油 的 氧 化 速 度 加 快 1 倍 ,易 形 成 不溶 解 的 泥 垢 状 沉 淀 物 ,这 种 沉 淀 物 会 堵 塞 滤 网 和 液 压阀 的 孔 及 通 道 ;另 一 方 面 又 使 油 液 气 化 、 水 分 蒸 发 ,液压 元 件 因 此 而 受 穴 蚀 破 坏 。 液 压 油 的 堵 塞 和 气 化 ,使油 流 不 畅 ,致 使 热 量 不 能 及 时 带 走 、 散 发 ,这 反 过 来 又进 一 步 加 剧 了 油 液 的 温 升 ,造 成 了 恶 性 循 环 ,最 终 导 致故 障 。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 至 损 坏 。 具 体 危 害 如 下 : 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 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 导 致 执 行 元件 运 动 减 慢 ; 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 可 能 产 生 大 的 冲 击 负 载 ,进 而 损 坏 软管 、 管 件 、 接 头 以 及 其 他 部 件 ; 污 染 物 会 使 节 流 口 和 压 力 阀 的 阻 尼 孔 时 堵 时通 ,引 起 系 统 工 作 压 力 和 速 度 不 稳 定 、 动 作 不 灵 敏 ; 污 染 物 会 加 速 密 封 件 的 损 坏 和 缸 筒 或 活 塞 杆负 载 能 力 降 低 ,还 会 使 缸 的 缓 冲 失 灵 ; 污 染 物 会 把 滤 网 堵 死 ,使 泵 吸 油 困 难 而 吸 入 空气 产 生 噪 声 、 并 使 泵 发 热 ; 污 染 物 会 把 阀 芯 卡 住 ,使 阀 动 作 失 灵 ,造 成 事故 ; 油 液 混 入 水 分 使 油 变 质 ,这 不 仅 腐 蚀 机 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 ” 。3 控 制 污 染 的 措 施有 效 地 控 制 液 压 系 统 中 的 污 染 物 侵 入 和 污 染 物 生成 是 污 染 控 制 关 键 所 在 ,如 何 防 止 ,有 以 下 措 施 :1) 合 理 设 置 过 滤 器要 根 据 系 统 和 元 件 的 不 同 要 求 ,分 别 在 泵 的 吸 油口 、 压 力 管 路 、 泵 的 吸 油 管 路 、 回 油 管 路 、 伺 服 阀 或 调 速阀 的 进 油 口 等 处 ,按 照 要 求 的 过 滤 精 度 ,设 置 过 滤 器 ,选 用 过 滤 器 时 还 要 考 虑 纳 垢 容 量 。 在 精 度 相 同 的 情 况下 ,应 尽 量 选 用 滤 油 面 积 大 的 过 滤 器 。 这 样 可 减 少 过滤 器 滤 芯 更 换 次 数 和 降 低 外 界 污 染 物 的 侵 入 概 率 。 在需 要 时 ,还 可 增 设 外 循 环 过 滤 系 统 (此 时 n 可 选 用 大些 ) ,从 而 使 系 统 的 污 染 物 控 制 等 级 得 到 提 高 ;2) 合 理 设 计 油 箱油 箱 内 部 应 装 设 滤 网 式 隔 板 ,油 箱 盖 要 封 闭 严 密 ,在 油 箱 的 注 油 口 应 设 置 空 气 滤 清 器 ,油 箱 盖 上 部 安 装的 元 件 或 管 接 头 若 有 外 泄 油 ,不 应 让 这 些 外 泄 油 回 入油 箱 内 使 用 ,而 应 将 废 油 引 出 处 理 ,并 及 时 排 除 外 泄漏 ;3) 严 格 控 制 工 作 油 的 温 度在 没 有 特 定 要 求 的 情 况 下 ,可 优 先 考 虑 选 用 体 积式 调 速 回 路 ,此 种 调 速 回 路 温 升 小 、 效 率 高 ;用 扩 大 油箱 容 量 和 通 风 自 然 冷 却 来 缓 解 油 温 的 升 高 ;另 外 还 可采 用 双 油 箱 结 构 方 案 ,以 实 现 不 同 温 升 情 况 下 的 油 温调 节 ;当 系 统 功 率 损 失 较 大 ,发 热 量 大 而 结 构 又 不 允 许有 较 大 的 油 箱 容 量 情 况 下 ,可 采 用 冷 却 器 进 行 强 制 冷却 ;4) 加 强 液 压 系 统 的 维 护 保 养 和 管 理 定 期 清 洗 滤 芯 、 油 箱 、 管 道 和 元 件 内 部 的 污 垢 ,定 期 更 换 滤 网 、 油 箱 。 建 立 液 压 系 统 一 级 保 养 制 度 ; 通 过 检 验 油 质 来 确 定 是 否 应 该 换 油 。 因 为 不同 液 压 油 的 使 用 寿 命 不 同 ,同 一 种 液 压 油 在 不 同 的 设备 、 不 同 的 环 境 、 不 同 的 维 护 条 件 下 ,使 用 期 限 相 差 很大 。 常 用 来 检 测 液 压 油 污 染 度 的 方 法 有 以 下 几 种 :铁谱 分 析 法 (此 方 法 无 法 检 测 非 磁 性 污 染 物 ) 、 光 谱 分 析法 (此 法 不 能 分 析 大 于 5 m 的 颗 粒 ) 、 重 量 分 析 法 (此方 法 无 法 核 查 污 染 颗 粒 的 尺 寸 大 小 及 分 布 ) 、 显 微 镜 计数 法 (可 定 性 地 比 较 固 体 污 染 物 的 尺 寸 大 小 及 分 布 ) 、自 动 颗 粒 计 数 法 (可 以 直 接 读 出 颗 粒 的 大 小 和 分 布 ) 。前 面 这 些 方 法 在 某 些 场 合 ,如 野 外 和 生 产 现 场 就 受 到限 制 ,这 些 场 合 可 使 用 便 携 式 污 染 测 量 仪 来 检 测 。 如 显 式 污 染 报 警 仪 、 试 仪 、 检测 仪 、 粒 计 数 器 、 染 度 检 测 仪 。 若没 有 这 些 仪 器 ,则 可 采 用 目 测 法 和 比 色 法 。 目 测 法 就是 通 过 看 油 液 的 颜 色 、 嗅 油 液 的 味 道 、 摸 油 液 的 光 滑 度来 估 测 液 压 油 的 污 染 程 度 。 比 色 法 是 指 将 一 定 体 积 油样 中 的 污 染 物 用 滤 纸 过 滤 出 来 ,然 后 根 据 滤 纸 颜 色 来判 断 介 质 污 染 程 度 。 具 体 方 法 :取 同 数 量 使 用 油 和 同号 纯 油 各 少 许 ,分 别 滴 在 滤 纸 上 ,过 一 定 时 间 后 ,比 较两 种 滤 纸 的 颜 色 ,从 而 确 定 油 液 污 染 程 度 和 确 定 是 否换 油 。 加 强 油 品 管 理 。 为 保 证 出 库 油 品 的 质 量 ,必 须定 期 对 库 存 油 料 进 行 取 样 化 验 。 新 油 入 库 时 应 化 验 ,不 合 格 的 油 品 不 准 入 库 ;油 应 妥 善 保 管 ;建 立 液 压 设 备“ 用 油 卡 ” ;油 液 转 筒 或 注 入 时 应 过 滤 ;并 注 意 油 桶 、 注06 液 压 与 气 动 2003 年 第 9 期油 口 、 漏 斗 口 等 容 器 的 清 洁 。5) 设 计 液 压 油 污 染 状 态 监 控 技 术 对 于 过 滤 精 度 要 求 较 高 的 液 压 系 统 ,可 使 用 带堵 塞 指 示 信 号 的 过 滤 器 ; 大 型 液 压 设 备 或 自 动 线 的 回 油 系 统 可 在 总 回油 管 路 的 回 油 过 滤 器 前 安 装 一 个 压 力 传 感 器 ,也 可 在独 立 过 滤 系 统 中 加 一 个 压 力 传 感 器 ,由 压 力 传 感 器 检测 油 液 流 动 和 污 染 情 况 。4 结 束 语总 之 ,在 产 品 设 计 上 应 完 善 污 染 控 制 系 统 ,在 制 造安 装 时 加 强 工 艺 控 制 ,如 对 液 压 元 件 和 油 路 进 行 严 格的 清 洗 ,对 油 箱 内 表 面 进 行 除 锈 抛 光 ,刷 涂 防 锈 漆 进 行防 锈 处 理 ,这 样 可 减 少 系 统 被 污 染 的 机 会 。产 生 液 压 油 污 染 的 原 因 有 很 多 ,液 压 系 统 被 污 染后 的 影 响 也 很 大 。 液 压 油 在 使 用 过 程 中 又 在 不 断 产 生污 染 物 ,所 以 彻 底 解 决 液 压 油 污 染 问 题 是 不 可 能 的 ,但通 过 采 取 一 些 确 实 可 行 的 方 法 可 控 制 液 压 油 污 染 ,使液 压 油 的 清 洁 度 保 持 在 一 定 的 等 级 内 是 可 行 的 ,从 而能 保 证 液 压 系 统 正 常 工 作 ,减 小 设 备 故 障 率 ,延 长 液 压元 件 的 使 用 寿 命 。参 考 文 献 :1 史 纪 定 ,嵇 光 国 . 液 压 系 统 故 障 诊 断 与 维 修 技 术 M机 械 工 业 出 版 社 ,1990.2 管 龙 根 ,等 . 油 温 和 液 压 系 统 故 障 J 机 械 ,2002(4) .3 田 少 民 . 液 压 油 污 染 检 测 技 术 现 状 J 机 械 ,1999(5) 日 本 流 体 动 力 系 统 学 会 国 际 交 流 委 员 会 担 当 理 事真 田 一 志 博 士 就 中 日 交 流 事 宜 访 问 中 国日 本 流 体 动 力 系 统 学 会 (J 际 交 流 委 员 会 主 任 (担 当 理 事 ) 、 横 滨 国 立 大 学 助 教 授 真 田 一 志 博 士 于 2003年 7 月 28 日 至 31 日 对 中 国 进 行 了 为 期 四 天 的 访 问 ,双 方 就 中 日 流 体 传 动 与 控 制 学 术 界 的 国 际 交 流 事 宜 进 行 了诚 挚 友 好 的 会 谈 。真 田 一 志 博 士 来 访 期 间 ,流 体 传 动 与 控 制 分 会 主 任 委 员 、 燕 山 大 学 王 益 群 校 长 及 分 会 副 总 干 事 、 燕 山 大 学 机械 工 程 学 院 院 长 孔 祥 东 教 授 ,分 会 副 主 任 委 员 、 北 京 机 械 工 业 自 动 化 研 究 所 陈 贞 发 教 授 和 分 会 副 总 干 事 、 北 京 机械 工 业 自 动 化 研 究 所 赵 曼 琳 高 工 ,分 会 副 主 任 委 员 、 浙 江 大 学 流 体 传 动 及 控 制 国 家 重 点 实 验 室 主 任 王 庆 丰 教 授 ,分 会 国 际 交 流 与 合 作 委 员 会 主 任 、 浙 江 大 学 陈 鹰 教 授 等 分 别 在 秦 皇 岛 、 北 京 和 杭 州 会 见 了 真 田 一 志 博 士 和 榆 次 油研 公 司 日 方 代 表 萧 欣 志 副 总 经 理 。7 月 28 日 在 分 会 秘 书 处 ,陈 贞 发 教 授 和 赵 曼 琳 高 工 与 日 本 客 人 会 谈 ,中 日 双 方 分 别 介 绍 了 两 国 学 会 的 工 作及 发 展 情 况 ,共 同 表 示 希 望 通 过 交 流 ,加 强 合 作 ,促 进 两 国 液 压 行 业 的 发 展 。 在 京 活 动 期 间 ,客 人 们 参 观 了 北 京 机械 工 业 自 动 化 所 液 压 中 心 实 验 室 和 机 器 人 中 心 。真 田 一 志 博 士 于 7 月 29 日 专 程 到 燕 山 大 学 拜 会 了 分 会 主 任 委 员 、 燕 山 大 学 王 益 群 校 长 ,并 转 达 了 日 本 流 体动 力 系 统 学 会 会 长 佐 藤 三 禄 教 授 给 分 会 的 来 信 。 王 益 群 主 任 委 员 对 日 本 流 体 动 力 学 会 会 长 的 来 函 作 了 书 面 答复 ,请 真 田 博 士 转 递 。 王 益 群 主 任 委 员 对 日 方 提 出 的 交