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液壓系統(tǒng)污染的分析與控制
Analysis of Contamination and Countermeasure of Hydraulic System
摘 要:對產(chǎn)生液壓系統(tǒng)污染的種類、 原因及影響進行分析 ,進而找出影響因素及控制污染的措施。
Abstract: This paper analyzes the type, reason and impact hydraulic system pollution and also proposes relevant factors as well as measures to control pollution.
關(guān)鍵詞:液壓系統(tǒng);污染;液壓油
Key words: hydraulic system; pollution; hydraulic oil
液壓系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備中 ,一個液壓系統(tǒng)能否正常地工作 ,除系統(tǒng)設(shè)計、 元件制造和維護外 ,油的清潔度是十分重要的因素。油液的污染將會影響系統(tǒng)的正常工作和使元件過度的磨損 ,甚至會造成設(shè)備事故。液壓油對液壓設(shè)備猶如血液對于生命 ,清潔的液壓油在機械內(nèi)循環(huán)流動是保證設(shè)備正常運行和潤滑的重要條件。有關(guān)資料表明 ,現(xiàn)場 70 %～80 %液壓系統(tǒng)的工作不穩(wěn)定和出現(xiàn)故障都與液壓油污染有關(guān)。
1. 液壓系統(tǒng)污染的種類與產(chǎn)生污染的原因
液壓系統(tǒng)污染主要是液壓油被污染,即指液壓油中含有水、 空氣、 固體顆粒、 化學(xué)物質(zhì)和微生物等雜物 ,另外油溫的變化導(dǎo)致油的變質(zhì)也是一種污染。
按系統(tǒng)劃分 ,污染大致可分為原有污染物、 侵入污染物和生成污染物3種。
1) 原有污染物是指潛藏在元件和管道內(nèi)的污染物。主要是系統(tǒng)元件、 組合件在加工、 裝配、 包裝、 儲存和運輸?shù)冗^程中殘留的污染物 ,如金屬切屑、 氧化皮、焊渣、 型砂及塵埃等;
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、 液壓缸的活塞桿表面未設(shè)置防塵圈 ,引起外界的污染物侵入;還有如維修過程中不注意清潔 ,將環(huán)境周圍的雜物帶入油箱和管道內(nèi);另外 ,忽視油液的過濾 ,從而把污染物帶入;以粗代細、 甚至不用過濾器、 過濾器幾年不清洗、 濾網(wǎng)不經(jīng)常清洗、 換油或補油時不重視油的過濾、 臟的油桶未經(jīng)嚴格清洗就拿來用 ,從而把污染物帶入;
3) 內(nèi)部生成污染物指工作期間所產(chǎn)生的污染物。系統(tǒng)在組裝、 運行、 調(diào)試過程中元件磨損所產(chǎn)生的金屬磨耗物 ,管道內(nèi)銹蝕剝落物 ,密封件磨耗物和碎片 ,以及油液氧化變質(zhì)生成沉淀物和膠質(zhì)。油中的水使金屬腐蝕形成水銹等。
2. 污染對液壓系統(tǒng)的影響
在液壓系統(tǒng)的各類污染物中 ,固體顆粒最常見且危害最大。有關(guān)資料表明 ,在污染引發(fā)的液壓系統(tǒng)故障中 ,除了30 %源于腐蝕外 ,其余 70 %都是由于固體顆粒存在造成液壓元件表面機械磨損。固體顆粒不僅加快液壓元件磨損 ,而且會堵塞元件的間隙和孔口 ,使控制元件動作失靈而引起系統(tǒng)失效。系統(tǒng)失效主要有3種模式:即突然失效、 退化失效、 瞬時失效。突然失效主要是進入元件的大顆粒污染物 (一般超過 100μm)造成的 ,它通過妨礙元件表面的相對運動直至元件卡死來造成損壞。退化失效是由滲入運動間隙的小顆粒引起的 ,其特點是系統(tǒng)性能逐漸降低 ,顆粒破壞了潤滑油膜 ,并與元件表面相作用 ,通過輕微形式的疲勞造成磨損 ,直到情況嚴重時產(chǎn)生磨粒磨損。研究表明 ,當污染等級高時 ,系統(tǒng)工作不到 100 h 就會失效 ,而在特別清潔的情況下 ,系統(tǒng)工作 10000 h 性能才會適度降低。瞬時失效是顆粒瞬間干擾元件性能所致。另外 ,固體顆粒還起著催化劑的作用。并促使油液氧化導(dǎo)致其性能下降。由于固體顆粒的存在還增加了油液的熱容量 ,所以還將影響到周圍傳遞熱的能力。
除了固體顆粒外 ,液壓油中的氣泡或泡沫是一種無形的污染物。它可以使油液本身的剛度減小 ,容積效率減小或可靠性降低 ,油中的氣泡瞬時壓縮還會使氣泡溫度急劇升高 ,加速油液的氧化、 降低油的潤滑性和加速密封件的老化。據(jù)報道 ,到達允許溫度上限后 ,每超過10 ℃ 則液壓油的氧化速度加快 1 倍 ,易形成不溶解的泥垢狀沉淀物 ,這種沉淀物會堵塞濾網(wǎng)和液壓閥的孔及通道;另一方面又使油液氣化、 水分蒸發(fā) ,液壓元件因此而受穴蝕破壞。液壓油的堵塞和氣化 ,使油流不暢 ,致使熱量不能及時帶走、 散發(fā) ,這反過來又進一步加劇了油液的溫升 ,造成了惡性循環(huán) ,最終導(dǎo)致故障。
油液污染會使系統(tǒng)工作不正常 ,常出故障 ,元件磨損加快 ,壽命縮短直至損壞。具體危害如下:
①污染物會加速泵的運動零件的磨損 ,導(dǎo)致液壓裝置內(nèi)泄漏增加 ,造成泵的容積效率降低 ,機械效率降低 ,元件壽命縮短 ,動力利用率低下 ,最后導(dǎo)致執(zhí)行元件運動減慢;
②污染物會使閥的滑動零件被磨損 ,控制閥磨損 ,則導(dǎo)致執(zhí)行機構(gòu)定位精度差 ,泄漏增加 ,進而導(dǎo)致系統(tǒng)過熱。污染物沉淀使滑閥粘結(jié) ,從而導(dǎo)致電磁線圈失效 ,閥芯粘結(jié)可能產(chǎn)生大的沖擊負載 ,進而損壞軟管、 管件、 接頭以及其他部件;
③污染物會使節(jié)流口和壓力閥的阻尼孔時堵時通 ,引起系統(tǒng)工作壓力和速度不穩(wěn)定、 動作不靈敏;
④污染物會加速密封件的損壞和缸筒或活塞桿負載能力降低 ,還會使缸的緩沖失靈;
⑤污染物會把濾網(wǎng)堵死 ,使泵吸油困難而吸入空氣產(chǎn)生噪聲、 并使泵發(fā)熱;
⑥污染物會把閥芯卡住 ,使閥動作失靈 ,造成事故;
⑦油液混入水分使油變質(zhì) ,這不僅腐蝕機件和影響聚氨脂橡膠密封件的性能 ,同時 ,由于油膜變化會使工作臺運行時產(chǎn)生 “爬行” 。
3. 簡易測定液壓油污染變質(zhì)的方法
在科研單位或?qū)嶒炇依?，檢測油液污染變質(zhì)又很多科學(xué)可靠的方法。例如定性、定量分析法；過濾稱重法；顆粒計數(shù)法等。但是有些施工現(xiàn)場不具備這樣的檢測條件，只能憑經(jīng)驗?zāi)繙y評定，或采用個寫簡易方法測評油液的污染程度，并據(jù)此決定是否更換液壓油。
1）對固體和液體污染物的測定。常采用如下簡易方法：
①類比法
取系統(tǒng)中的油液與純凈新油作比較，通過“一看，二聞，三摸“來估測油液的污染程度。
一看，即看液壓油的顏色變化。凡變淡或變成乳白色，說明液壓油已混入了空氣、水或其他液體；變黑色，說明油液已反應(yīng)變質(zhì)，生成瀝青類雜質(zhì)；又沉淀物，且沉淀物中有小黑點或亮點，說明混入了金屬磨屑或粉塵等固體顆粒。
二聞，即聞油液的氣味。如有異味，說明油液已氧化變質(zhì)。
三摸，即用手指沾油液摩擦，感覺粘性差，潤滑感差，可能混入了水或液壓油已經(jīng)變質(zhì)失效。
②濾紙測定法
去系統(tǒng)中油液少許，滴在240目的濾紙上，數(shù)分鐘后觀察濾紙上的痕跡。凡油滴有分布的暗色中心，外圈清晰，說明油液污染嚴重，應(yīng)換油。
2）對空氣污染的測定
一般采用經(jīng)驗識別法來估測空氣含量是否過量。地昂機械出現(xiàn)如下現(xiàn)象時，應(yīng)視為空氣含量過量：
①液壓泵出現(xiàn)不正常的噪聲。
②當外載變化時，液壓泵或安全閥偶爾發(fā)生異響，同時工作記過出現(xiàn)爬行或抖動。
③油液透明度降低，回油管口處有大量氣泡。
④油液乳化變色。
4. 控制污染的措施
有效地控制液壓系統(tǒng)中的污染物侵入和污染物生成是污染控制關(guān)鍵所在,如何防止 ,有以下措施:
1) 合理設(shè)置過濾器
要根據(jù)系統(tǒng)和元件的不同要求 ,分別在泵的吸油口、 壓力管路、 泵的吸油管路、 回油管路、 伺服閥或調(diào)速閥的進油口等處 ,按照要求的過濾精度 ,設(shè)置過濾器 ,選用過濾器時還要考慮納垢容量。在精度相同的情況下 ,應(yīng)盡量選用濾油面積大的過濾器。這樣可減少過濾器濾芯更換次數(shù)和降低外界污染物的侵入概率。在需要時 ,還可增設(shè)外循環(huán)過濾系統(tǒng)(此時βn 可選用大些) ,從而使系統(tǒng)的污染物控制等級得到提高;
2) 合理設(shè)計油箱
油箱內(nèi)部應(yīng)裝設(shè)濾網(wǎng)式隔板 ,油箱蓋要封閉嚴密 ,在油箱的注油口應(yīng)設(shè)置空氣濾清器 ,油箱蓋上部安裝的元件或管接頭若有外泄油 ,不應(yīng)讓這些外泄油回入油箱內(nèi)使用 ,而應(yīng)將廢油引出處理 ,并及時排除外泄漏;
3) 嚴格控制工作油的溫度
在沒有特定要求的情況下 ,可優(yōu)先考慮選用體積式調(diào)速回路 ,此種調(diào)速回路溫升小、 效率高;用擴大油箱容量和通風自然冷卻來緩解油溫的升高;另外還可采用雙油箱結(jié)構(gòu)方案 ,以實現(xiàn)不同溫升情況下的油溫調(diào)節(jié);當系統(tǒng)功率損失較大 ,發(fā)熱量大而結(jié)構(gòu)又不允許有較大的油箱容量情況下 ,可采用冷卻器進行強制冷卻;
4) 加強液壓系統(tǒng)的維護保養(yǎng)和管理
①定期清洗濾芯、 油箱、 管道和元件內(nèi)部的污垢 ,定期更換濾網(wǎng)、 油箱。建立液壓系統(tǒng)一級保養(yǎng)制度;
②通過檢驗油質(zhì)來確定是否應(yīng)該換油。因為不同液壓油的使用壽命不同 ,同一種液壓油在不同的設(shè)備、 不同的環(huán)境、 不同的維護條件下 ,使用期限相差很大。常用來檢測液壓油污染度的方法有以下幾種:鐵譜分析法(此方法無法檢測非磁性污染物) 、 光譜分析法(此法不能分析大于 5μm的顆粒) 、 重量分析法(此方法無法核查污染顆粒的尺寸大小及分布) 、 顯微鏡計數(shù)法(可定性地比較固體污染物的尺寸大小及分布) 、自動顆粒計數(shù)法(可以直接讀出顆粒的大小和分布) 。前面這些方法在某些場合 ,如野外和生產(chǎn)現(xiàn)場就受到限制 ,這些場合可使用便攜式污染測量儀來檢測。如DCA數(shù)顯式污染報警儀、 CM20 測試儀、 KLOTZ污染檢測儀、 PFC200 顆粒計數(shù)器、 PCM100 污染度檢測儀。若沒有這些儀器 ,則可采用目測法和比色法。目測法就是通過看油液的顏色、 嗅油液的味道、 摸油液的光滑度來估測液壓油的污染程度。比色法是指將一定體積油樣中的污染物用濾紙過濾出來 ,然后根據(jù)濾紙顏色來判斷介質(zhì)污染程度。具體方法:取同數(shù)量使用油和同號純油各少許 ,分別滴在濾紙上 ,過一定時間后 ,比較兩種濾紙的顏色 ,從而確定油液污染程度和確定是否換油。
③加強油品管理。為保證出庫油品的質(zhì)量 ,必須定期對庫存油料進行取樣化驗。新油入庫時應(yīng)化驗 ,不合格的油品不準入庫;油應(yīng)妥善保管;建立液壓設(shè)備“用油卡” ;油液轉(zhuǎn)筒或注入時應(yīng)過濾;并注意油桶、 注油口、 漏斗口等容器的清潔。
5) 設(shè)計液壓油污染狀態(tài)監(jiān)控技術(shù)
①對于過濾精度要求較高的液壓系統(tǒng) ,可使用帶堵塞指示信號的過濾器;
②大型液壓設(shè)備或自動線的回油系統(tǒng)可在總回油管路的回油過濾器前安裝一個壓力傳感器 ,也可在獨立過濾系統(tǒng)中加一個壓力傳感器 ,由壓力傳感器檢測油液流動和污染情況。
5. 結(jié)束語
總之,在產(chǎn)品設(shè)計上應(yīng)完善污染控制系統(tǒng) ,在制造安裝時加強工藝控制 ,如對液壓元件和油路進行嚴格的清洗 ,對油箱內(nèi)表面進行除銹拋光 ,刷涂防銹漆進行防銹處理 ,這樣可減少系統(tǒng)被污染的機會。
產(chǎn)生液壓油污染的原因有很多 ,液壓系統(tǒng)被污染后的影響也很大。液壓油在使用過程中又在不斷產(chǎn)生污染物 ,所以徹底解決液壓油污染問題是不可能的 ,但通過采取一些確實可行的方法可控制液壓油污染 ,使液壓油的清潔度保持在一定的等級內(nèi)是可行的 ,從而能保證液壓系統(tǒng)正常工作 ,減小設(shè)備故障率 ,延長液壓元件的使用壽命。
參考文獻:
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