设备液压系统的污染控制
杜钧季君张英
（北京电子科技职业学院，中国北京100176）
【摘要】在以液压能源为驱动力的各类设备中，有近40%的故障在液压系统中出现，而在液压系统中有70%以上的故障是因液压油的污染造成的[1]。从这一比例关系看，液压系统的污染问题已成为液压技术发展的主要障碍。系统的污染会使液压元件的磨损加速,寿命缩短，性能下降，甚至使阀芯卡死，滤油器堵塞，因此，分析及控制液压系统的污染有非常重要意义。
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关键词 液压系统污染；泄漏；控制
大型设备及辅助设备的传动系统大多数采用了液压传动与控制，据调研及统计资料表明，液压系统的故障，70%以上是由于液压系统的污染所造成，液压系统的泄漏与系统污染也存在着直接的关系，泄漏的程度严重影响设备的传动功能以及调速效果，因此，找出液压系统污染的原因与控制措施，对于提高液压传动系统的效率具有不可忽视的实际应用价值。
1液压系统污染因素分析
液压控制系统的污染受诸多因素的影响，据现场调研以及实验测试，多由
以下几方面引发。
1.1系统关键部件设计不合理
在系统设计中，液压油的清洁度等级、过滤装置的等级以及过滤器的设计安装位置是较为关键的环节，设计的合理性与否，决定了液压系统的功能和效率。
液压系统设计时，液压油的清洁度等级偏低，如，清洁度等级为NAS9级时，每100ml油液中含有杂质5～15?滋m大小的杂质颗粒数为12万多个，15～25?滋m的杂质颗粒数为2万多个，当液压系统选择的清洁度等级低于NAS9时,过滤精度相应较低，在系统安装冲洗时很容易达到设计要求，被视为合格，但实际上系统油液中含的杂质量远远超出了主要液压元件耐污染能力范围，从而磨损和堵塞液压元件，造成系统功率降低、泄漏甚至失效。
过滤器精等级也是相对关键的参数选择，过滤器滤材及滤芯制作精度是重要的技术指标，若选择制作不规范的滤材及滤芯，如标定5?滋m精度的滤芯，实际精度往往会超过20?滋m，滤芯的过滤比更达不到要求。
过滤器的安装位置不合理，会加剧液压系统的污染程度，只在回油管路上设置过滤器，而吸油管路和压力管路上不设置过滤器，若油箱内油液被污染，极易通过液压泵输入系统，造成油泵磨损出现泄漏、控制阀内部结构卡滞等故障，致使系统失效。
1.2设备机械杂质污染
液压元件在加工、装配、储存和运输等过程，碎屑和污垢都有可能存在于尚未使用的液压传动装置中，在运行中的液压泵、控制阀、密封件等正常磨损所产生的脱落物以及剥落的油漆涂料碎渣等，都是液压系统的污染源。这些油液中的固体颗粒，会产生严重的硬磨料磨损，造成液压泵、液压阀的大面积过早磨损，导致泄漏以及各种故障，甚至丧失工作性能。同时，机械杂质还会造成伺服阀阻滞和障碍，引起系统流量不稳定，造成油压跳动，执行端速度变化，从而影响动作的精准性，降低设备的加工精度。
1.3系统中水的污染
设备的冷却液及冷却器中的水分等进入液压系统，极易使液压油产生乳化现象，水的污染往往会引起金属部件生锈，必然造成液压泵及元件等磨损和锈蚀，同时，水还会加速液压油的氧化变质。
据数据分析，液压油含水量达到0.5%时，就会严重影响到部件的润滑性能，同时破坏液压油的抗泡沫和抗氧化性，降低油液使用寿命。
1.4系统空气的污染
工作在高压、高温条件下的液压系统，空气更容易使油液氧化变质，产生有害的酸性物质和胶状沉淀物。而吸入管漏气，油箱位置太低，油箱内回流强烈等都会使空气混入系统，混入的空气溶解在液压油中，空气使液流产生空腔、汽蚀等现象，发出响声、振动，气冲和气阻，造成压力波动，执行端速度缓慢或失灵，动作精度降低，严重影响设备功能。
1.5液压油的氧化
设备液压系统在摩擦、剪切、冲击的作用下，温度的变化，空气的浸入，加之设备运行过程中的各种污染，在系统运行一段时间后，液压油便会产生氧化、变质，油色变深变黑，产生异味，导致油液粘度升高，有机成分生升，加速液压泵及液压阀的磨损，氧化产生的胶质会堵塞阀件和管道，粘附在机件表面，使设备操纵沉重，严重降低系统工作效率。
2液压油的污染测定
显然，液压油的污染，是造成系统故障的重要因素之一，其污染的测定是保证系统工作能力的关键环节。
2.1固体颗粒污染物的测定
2.1.1重量法
重量法是用阻滞在滤油器上的污染物的重量来表示液压油污染程度的一种方法，其可测定单位质量油液中所含颗粒污染物的质量,即百分含量。依据标准为GB/T511288“石油产品和添加剂机械杂质测定法”[4]。
重量法的测定结果能够反映油液中颗粒污染物的总量,但不能体现颗粒的大小和尺寸分布,因此其结果不能全面地反映机械杂质的危害。用于系统工作环境要求一般的场合。
2.1.2颗粒计数法
颗粒计数法包括显微镜颗粒计数法和自动颗粒计数法。
显微镜颗粒计数法是将一定量的油样进行过滤,将固体颗粒污染物收集在特定的滤膜上,然后在显微镜下进行计数。这种方法能够直观地观察到颗粒污染物的形貌和尺寸,并能大致判断污染物的种类。此外,显微镜法不受油样中不溶小液滴、气泡等的影响。
自动颗粒计数法以遮光型最为普遍，它主要通过遮光传感器接受被颗粒遮挡后的光通量,并将之转换成电信号,经前置放大器传输到计数器进行计数。
2.1.3光谱法和铁普法
这两种方法主要是通过仪器把混于液压油中的杂质物质如磨屑和碎屑进行分析并分离出来，可以对大小磨粒的相对含量进行定量分析，判断并测量液压系统的故障部位及严重程度。
2.2含水量的测定
水分是液压油中的液体污染物，测定含水量的标准方法是卡尔-费歇尔法，主要用于测定液压油中微量水分的含量，其精度和灵敏度都非常高。
设备使用现场常采用经验测定法，即将油样注入试管50mm高，油样摇匀后放在酒精灯上加热，如果发出连续的响声，并持续20~30秒，之后消失，则可判断其含水量小于0.03%，若响声持续40~50秒以上，可粗略估计其含水量达到0.05%~0.10%，此数据已达到影响系统工作的指标。
另外，还可采用滤纸法及目测法观察油液浑浊程度评定油液中的含水量见表1。
表1目测法估测液压油污染程度
3液压系统的污染控制措施
污染引起的故障造成的结果是最坏的，但是，采取相应的技术和手段是可以减轻和避免的，对液压系统不仅要进行预防性的控制，而且要进行预防性的维护，加以定期更换液压油是减少故障的有效途径。
3.1采用新型过滤技术合理设置过滤装置
过滤装置在液压系统中可谓“生命护卫员”，采用新型过滤技术合理设置过滤装置，对系统尤为必要。在泵的入口，重要阀件入口要设置过滤器，为了增强过滤效果，应设置独立的循环过滤系统，另外，可采用双联过滤器，在系统工作过程中能及时切换过滤器，保证设备运行的连续性和可靠性。
各种新型滤材、滤芯的出现，使过滤技术迅速发展，因此，基于先进的过滤技术，在设计系统时应选用过滤精度、压差-流量特性和滞后容量等主要性能参数符合技术要求的过滤器，并选用材料及技术较为先进的滤芯，实验数据显示，采用绝对精度在3?滋m～10?滋m的过滤装置，其系统的液压泵和压液马达的使用寿命可延长4到8倍，并可消除液压阀污染卡滞的故障，同时大大减轻泄漏现象，显著延长液压油的使用期限[3]。
3.2严格把关系统组装前后清洁度要求
表2液压泵推荐清洁度等级（NAS1683）
表3液压控制元件推荐清洁度等级（NAS1683）
表4液压执行元件推荐清洁度等级（NAS1683）
装配前，液压元件在加工、装配和维修等过程的每一个工艺环节后不可避免地残留有污染物。与清洁度要求有差距的元件装入系统后，在系统油液冲刷和机械振动等作用下，元件内部固有的污染物会从粘附的表面脱落而进入油液中，使系统受到附加污染。因而在元件组装入系统前必须采取清洗措施，使元件达到所要求的清洁度。
常用的清洗方法有浸渍清洗、机动擦洗、超声波清洗、加热挥发物和酸处理法等。使用时还可以把这些方法加以组合或进行多步清洗，依次在相邻的两个或三个清洗槽（机）中清洗，由于各清洗槽（机）清洗污染度不同，所以清洗液的配方及加热温度是各不相同的。
由于液压系统在装配过程中必然会形成污染物，例如：在装配管路，接头和螺塞等带螺纹的零件上的镀层，毛刺和附着物由于相互摩擦而脱落，被挤入系统里形成污染等，所以对液压系统在总装后进行清洗是非常必要的。
对液压系统的冲洗的关键工作是对不同清洁度要求的系统选配不同的过滤装置。另外，根据冲洗的不同阶段应该采取不同的过滤精度的滤芯及滤材。
所有零件清洗干净后，放入具有封闭性并便于清扫和保持清洁的干净场地，场地的空气应该过滤，且场地内气压要高于外部气压，以防止外部尘埃侵入。
液压元件、组件运输时，应该注意防尘土、防雨，对长途运输特别是海上运输的液压件要用防雨纸或塑料包装，放入适量的干燥剂。
3.3定期检查油品质量
设备液压系统在使用过程中必须制定定期检查计划，此计划依据设备清洗换油计划，主要有以下四方面：
1）液压油中含水分程度。如上述水污染分析，所造成后果会大大降低系统的工作性能。判断液压油中混入水分的程度，可依据上述含水量测定方法或者通过目测其颜色和气味的变化情况，如油液颜色呈乳白，气味没变，说明混入水分过多，此时应更换新油。
2）液压油的氧化程度。氧化后的液压油通常可从其颜色、气味上进行判断，如颜色呈黑褐色，并伴有异味，则说明油液已被氧化，而且，褐色越深，异味越浓，其被氧化程度越严重，此时应及时更换新油。
3）控制空气含量。定期检查管道、阀门的紧固及密封，对于控制空气的含量是必不可少的环节。另外，在系统开始运转时，原管路中的空气不可能全部排出，而被挤压在管路高处，此时应检查排气口是否通畅，以便系统在运转过程中不断将气体排出，同时，可降低油液的氧化程度。
4）液压油中含有杂质的情况。设备工作一段时间后，定期取数滴油液放在手中，用手指捻压或在阳光下观察是否有微小闪亮点，如果有说明液压油中已存在金属杂质颗粒，此时应更换油液，或将油液放出，进行不少于42小时以上的沉淀，之后将其过滤后使用。
理化指标化验是检查油品更精确方法，化验指标一般选用能够直接反映油品质量变化的项目，如粘度、酸质、杂质、水分等，对于普通液压设备液压油的检查，一般采用目测和质量测试仪相结合的方法。对于大型设备和精密设备，其液压油检查则规定化验理化指标，以便更精确地确定液压油的优劣，对所化验的指标进行综合分析判断[2]。
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参考文献
［1］贾瑞清.液压过滤技术及抗磨理论[M].北京:中国矿业大学出版社,1999:37-39.
［2］李培艳.李凤芹.液压系统的污染控制与管理[J].重型机械,2002,5:47-50.
［3］郑云波.何大钧.液压系统的清洗[J].液压气动与密封,2001,4:21-25.
［4］GB/T511288石油产品和添加剂机械杂质测定法[S].
［责任编辑：邓丽丽］