工程机械液压系统的污染与控制

工程机械液压系统的污染与控制

应忠卿

(中国地质装备总公司　北京100085)

摘　要:本文针对工程机械液压系统的污染原因进行了简要分析,并对控制污染的措施进行了探讨。关键词:液压系统　污染　控制

工程机械由于使用环境恶劣、工作条件差,会经常出现故障,而液压油污染是导致工程机械液压系统故障的主要原因。据有关资料介绍,液压系统的故障率有75%以上是由液压油的污染造成的。由于系统受到污染,导致液压元件寿命缩短,液压系统工作可靠性降低,工作效率降低,严重时影响工程机械的正常作业,甚至出现机械事故,给施工单位造成经济损失。因此,对工程机械液压系统的研究与控制直接影响到主机的可靠性,必须引起足够的重视。虽然工程机械行业也逐步采取了各项控制液压系统污染的技术和管理措施,但液压系统控制技术与发达国家相比仍有一定的差距。因此,如何更有效地控制液压系统的污染仍需我们进一步研究。本文针对液压系统污染的原因进行简要分析,并对所采取的措施进行探讨。

1　油液污染的原因

(1)新油的污染

人们普遍认为,新购进的液压油是清洁的,其实这种认识是错误的。由于大部分用户购进的液压油都是出厂后经过多次转运才到达销售商的,在运输过程中由于容器本身的不清洁以及转运过程中密封不严等问题,很容易造成污染。通过抚顺挖掘机厂对新购进液压油进行的抽样检测发现,其污染度为NAS11级,远不能满足液压系统对液压油的使用要求。

(2)残留污染

液压系统及其元件在加工、装配、储存和搬运过程中,尽管我们会非常小心地去做,但仍不能根除这种污染。残留污物主要有毛刺、切屑、飞边、土、灰尘、纤维、砂子、潮气、焊渣、油漆、密封胶、冲洗液等。

(3)侵入污染

液压系统在工作中,外界环境中的污染物会不断地通过各个渠道进入液压系统。例如,油箱中的流通空气,往复运动中的活塞杆密封装置,注入系统中的液压油,维修时被打开的密封件和元件等都是造成侵入污染的主要渠道。

(4)生成污染

液压系统在工作过程中不断产生的金属和密封材料的磨损磨粒,过滤材料剥落的颗粒或纤维,剥落的油漆碎片,油液变质后产生的化学反应使金属腐蚀而出现的颗粒、锈片等均属生成污染。

2　液压元件污染磨损机理

(1)磨粒磨损:硬颗粒嵌在两运动表面之间划伤一个或两个运动表面造成液压元件损伤。

(2)粘附磨损:油膜的丧失使运动表面之间金属对金属接触。

(3)疲劳磨损:嵌进间隙的颗粒引起表面应力集中点或微裂纹,由于危险区的重复作用而扩展到剥离。

(4)冲蚀磨损:高速液流中的精细颗粒蚕食掉节流棱边或关键表面的材料。

(5)气蚀磨损:泵进口流动受阻引起油液气泡,这些气泡破裂对表面产生的冲击作用。

(6)腐蚀磨损:油液中的水或化学污染引起锈蚀或化学反应时元件表面劣化。

3　污染引起的危害

(1)污染使液压系统工作性能下降、动作失调

液压系统污染是液压系统产生故障的重要原因。在液压系统所使用的各种泵、阀、马达类元件中,相对运动件之间都有严格的间隙和精密的配合表面,还有不少阻尼孔和缝隙或控制阀口等,油液的污染物会堵塞这些小孔和缝隙,使液压元件不能正常工作。如果污物进入阀芯与阀体的配合

间隙或柱塞与缸体的配合间隙,就会划伤配合表面,破坏配合表面的精度和光洁度,使阀芯与阀体之间摩擦阻力加大,反应迟钝,动态响应变坏。使马达、泵泄漏增加,容积效率降低,寿命缩短,甚至使整个系统失灵。

油液污染还会粘着、堵塞滤油器网眼,使泵吸油困难,而引起泵吸空,产生气蚀、振动和噪音。

(2)污染使油液变质

油液变质的主要原因之一是氧化。节流口棱边发热、工作油温度升高是液压油氧化的主要因素。油中混入水分或异种油等都会引起油液变质。变质后的液压油其粘度与防锈性能降低,油液乳化,消泡性降低,低温流动性变差,降低了有效使用时间。变质液压油还对液压元件的机械效率、容积效率、磨损、压力损失等性能和寿命都有很大的影响。

(3)污染造成设备停机和经济损失

由于油液污染使液压系统产生故障,造成停机,生产效率下降,增加了维修费用。元件报废,油液的大量补充和报废,直接的后果是严重的经济损失。据有关资料介绍,国内液压机器的换油期为3～6个月,而国外液压系统有效地控制了污染,合理使用滤油器,可使油液使用寿命延长到5～6年。由此可见,由污染造成的液压油的浪费是惊人的。因此,液压系统的污染控制必须受到重视。

4　污染物含量的测定方法

(1)液压油中含水量的测定

水在油液中的含量一般用百分率表示,对于微量的水可以用百万分之一(pp m)表示。油量中含水量的测定方法通常有以下两种:

①蒸馏法

在被测样液中加入一种与样液混合而不与水混合的溶剂,利用专用的水分蒸馏装置对样液进行蒸馏,使水从油液中蒸发出来,将蒸发出来的水冷却后收集在收集管内,根据收集管内水的体积和样液的体积即可确定油液中水的含量。用这种方法可测出最小为011%的含水量。

②电量法

将一定量的样液注入规定的电解液内,通过电解使电解液中的电离子在阳极氧化为碘,所产生的碘与样液中的水发生反应,电解过程持续进行,当样液中的水被耗尽后,电解过程自行停止,测定出电解过程消耗的电量,根据法拉第定律可以计算出样液中的含水量。这种方法适用于测定油液中的微量水分,含水量测定范围为1～1%pp m

(2)液压油中空气含量的测定

①油液外观评定法

当油液中混有不同含量的空气时,其混浊程度也不同。因此,从油液的外观可以大致评定油液中空气的含量。表1描述了某种石油型液压油在不同空气含量下的外观。

表1　油液外观空气含量

空气含量<1%1～2%2～313%313～8%8～9%油液外观透明

含微

小气

泡　

透明

含小

气泡

轻度

混浊

混浊

含大

颗粒

气泡

乳状

含大

颗粒

气泡 ②浊度计法

浊度计为一光电检测装置,从光源发出的平行光束透过油液,当油液中混有气泡时,入射光受气泡的影响而发生散射,通过测定散射光或透射光的光强,可以确定油液中气泡的含量。由于光电检测装置对油液中的固体颗粒也同样敏感,因而被测样液中应不含有固体颗粒污染物。

③油液压缩法

当油液中混有空气时,油液的体积弹性模量减小,可压缩性增大,油液的可压缩性与油液的空气含量有关。因此,通过测定在一定压力下油液体积的变化率即可推算出油液中的空气含量。

(3)油液中固体颗粒污染物含量的测定

①称重法

把100mL的液压油样液进行真空过滤并烘干后,在精密天平上称出颗粒的重量,然后计算出样液颗粒污染物的重量浓度。这种方法可以反映液压油中污染物的总量,但不能反映污染物颗粒尺寸的大小及分布。

②颗粒计数法

颗粒计数法是测定样液单位体积中各种尺寸范围颗粒污染物的颗粒数(即颗粒浓度)。目前普遍采用显微镜法和自动颗粒计数器法。

显微镜颗粒计数法是分析油液污染度的最基本方法,具体操作是将100mL液压油样液进行真空过滤,把得到的样液经固定处理后,放在显微镜下观察其尺寸大小和数量。这种方法可以直接看到污染颗粒的大小和形貌,但其缺点是计数所需的时间长,消耗精力大,并且计数的准确度在很大程度上决定于操作人员的经验和技能。