液压系统污染控制技术

影响设备使用寿命的因素
•
失去效用
• 陈旧淘汰 •(15%)
•腐
蚀
•(20%)
• 表面 损坏 •(70%)
•机 械 磨 损 •(50%)
•意 外 事 故 •(15%)
•磨 料 磨 损
•疲劳磨损
•粘 着 磨 损
2.4 污染物特征的描述粒
2.4.1固体颗粒述 描述固体颗粒污染特征的参数主要有颗粒的密
度、堆积松散度、沉降性、分散性、迁移性 、成块性、硬度、破碎性、尺寸、尺寸分布 、浓度、形状等。污染控制经常使用的特征 主要有尺寸、尺寸分布和浓度等。
水包油乳化液 油包水乳化液
水-乙二醇 磷酸酯
高、中、低压系统 温差大且环境恶劣的低压系统 温差大且环境恶劣的高、中、低压系统
机床导轨润滑系统 难燃、泄漏严重的液压系统
难燃的中压系统 难燃、清洁的中、低压系统
难燃、精密的高压系统
表1-2 液压系统对液压介质的性能要求
项目 压缩性
粘性 润滑性 安定性 破乳化性 抗泡沫性 防锈性
2.3污染物的危害
▪ 污染物对液压系统的危害是十分巨大的。据 统计，液压系统75% 以上的故障是由于油液 及其污染造成的。固体颗粒是液压系统中最 主要的污染物，液压系统污染故障中的三分 之二都是由固体颗粒引起的。表2-2给出了各 种污染物的危害。
表2-2 污染物的危害
种类 固体颗粒
水
空气 化学物质
相容性
防火性 无毒性 可清洁性
要求 压缩性应尽量小 温度与压力对油液粘度的影响小 对运动副间隙实现充分的润滑 对热、氧和水的敏感性小 液压油中的水很容易沉降分离 循环介质中气泡少 保护金属零件不受气泡和水的腐蚀 液压介质与液压系统的其他元件不互相产生有
害作用 不易燃烧 对系统、环境和人员无毒害作用 进入液压介质中的污染物能迅速分离
- 污染物成分及其含量的分析
▪ 3.1.1 光谱分析 ▪ 3.1.2 铁谱分析 ▪ 3.1.3 红外光谱分析 ▪ 3.2 固体颗粒分析 ▪ 3.2.1 油液污染度的表示方法 ▪ 3.2.2 油液污染度的测定 ▪ 3.3 水分分析
3.1 污染物成分及其含量的分析
▪ 光谱分析、铁谱分析、红外光谱分析是油液 污染成分与含量分析的三种常见方法。光谱 分析可以检测油液中的元素及其含量；铁谱 分析可以检测油液中铁磁性颗粒污染物的成 分、大小和数量；红外光谱分析可以对油液 中的化合物进行定性和定量分析。
将液压能转变为机械能，带动负载作直线运动 将液压能转变为机械能，带动负载作旋转运动 将液压能转变为机械能，带动负载作往复摆动
控制液压介质的压力 控制液压介质的流量 控制液压介质的流动方向 液压介质进出的交换站，使液压介质在系统内循环流动
净化液压介质 储存能量，并在需要时释放
控制液压系统的温度 液压介质流动的通道 防止液压介质的泄漏，保证压力的建立
▪ 液压系统一般由动力元件、控制元件、执行元件、 液压介质和辅助元件组成。动力元件将电动机或内 燃机所输出的机械能转化为液压介质的液压能；控 制元件对液压介质的压力、流量和方向进行控制； 执行元件将液压能再转变为机械能，驱动负载实现 需要的运动；液压介质是能量转化、传递和控制的 媒体；辅助元件为实现液压系统热量平衡、污染平 衡、能量储存与释放、介质流通与密封等功能而使 用的元件，使液压系统能够正常、安全、可靠地工 作。
>100μm 1 3 5 11 21 41 92
微生物 静电 热能 磁场
危害 元件的污染磨损 元件的污染卡紧 元件的污染堵塞 油液的劣化变质 腐蚀
加速油液劣化
低温结冰 气蚀 降低弹性模量 加速油液劣化 腐蚀 洗涤 油液的劣化变质 危害安全 腐蚀 改变油液性能 油液的劣化变质 加速元件老化 吸附颗粒
举例说明 磨损元件运动副表面，降低元件工作性能 电磁阀间隙进入污染物，使阀动作缓慢或失灵 元件的功能性小孔被堵塞，使元件功能失效 金属颗粒的存在，使油液的酸值迅速升高 腐蚀金属表面，生成的锈片进一步污染油液 与金属颗粒同在时，使油液氧化速度急剧加快 与添加剂产生作用产生沉淀物、胶质等 低温时，自由水变成冰粒，堵塞元件的间隙或小孔 破坏元件表面 降低油液体积弹性模量，使系统响应缓慢 加速油液氧化变质 与水反应形成酸，腐蚀金属表面 将附着于金属表面的污染物洗涤到油液中 引起油液变质，降低油液润滑性能 静电与油蒸气作用可引起爆炸和火灾 引起元件的电流腐蚀 降低油液黏度 加速油液氧化 加速密封件老化 将油液中铁磁性颗粒吸附在间隙内，引起磨损和卡紧
硝化/羧酸盐 硫酸盐
抗磨剂损耗 燃料稀释 水（氢氧基）
乙二醇 积碳
特征吸收波数/cm-1 1725~1670 (1720) 1300~1000 (1150)
1630 1650~1538 640~590 (610)
700~650 830~790, 780~760
3650~3150 1120~1010 3800~1980
颗粒尺寸范围 25～50μm 4 8 16 32 63 126 253 506 1012 2025 4050 8100 16200 32400
50～100μm 1 2 3 6 11 22 45 90
180 360 720 1440 2880 5760
>100μm 0 0 1 1 2 4 8 16 32 64
表1-3 常用液压介质的种类
种类
石油基液ຫໍສະໝຸດ Baidu油
难 含水液压液 燃 液 合成液压油
代号 L-HH
L-HL
L-HM L-HR L-HV L-HG L-HFAE L-HFB L-HFC L-HFDR
组成 无添加剂的精制矿物油
典型应用 普通机床的低压系统
添加了防锈剂和抗氧化剂的HH
低压系统
添加了抗磨剂的HL 添加了增粘剂的HL 添加了增粘剂的HM 添加了防爬剂的HM
0 1 2 3 4 5 6
5～10μm 2700 4600 9700 24000 32000 87000 128000
10～25μm 670 1340 2680 5360
10700 21400 42000
颗粒尺寸范围 25～50μm 93 210 350 780 1510 3130 6500
50～100μm 16 26 56 110 225 430 1000
128 258 512 1024
例如，100ml样液的颗粒计数结果如下
颗粒尺寸（μm） 5～15 15～25 25～50
50～100 >100
颗粒数 60000 10000 2000
180 30
NAS等级 8 8 8 7 7
表3-4 SAE 749D污染度等级（ 100mL油液中的颗粒数）
污染度等级
▪ 铁谱仪主要有分析式和直读式两种类型。
图３－２分析式铁谱仪制谱仪工作原理
图３－３
3.1.3红外光谱分析
▪ 红外光谱分析的原理是，通过检测各种化合 物在红外光谱区的特征吸收峰及吸收的特定 波长光线的能量，从而对油液中的化合物进 行定性和定量分析。
表3-1 矿物油的红外光谱
特征参数 氧化
氧化/硫酸盐 硝化
系统外部侵入
系统内部残留 系统内部生成
系统外部侵入
系统内部残留 系统内部生成 系统外部侵入 系统内部生成 系统内部生成 系统内部生成 系统外部侵入 系统外部侵入 系统外部侵入
举例说明 制造或装配过程中残留于系统内部的切屑、焊渣、型砂 元件运动副间摩擦生成的磨屑、内表面锈蚀生成的锈片 从油箱呼吸口或液压缸活塞杆伸出端进入的尘埃 制造或装配过程中残留于系统内部的水 溶解于油液中的水在低温下转化为非溶解水 与油箱液面接触的空气中的水蒸气溶解于油液中 冷却器泄漏时，进入油液中的水 液压系统初始运行时，未将空气排尽 溶解在油液中的空气在低压下释放出来 当系统内压力低于大气压时，吸入的空气 油箱中的油液搅动剧烈，生成气泡被吸入系统 制造或装配过程中残留于系统内部的溶剂 油液气化和分解产生的化学物质 元件或系统维修时进入的表面活性剂 在油液含有非溶解水的条件下，滋生和繁殖的霉菌等 油液高速流动时产生静电 油液高速流动时产生热量 环境温度过高 环境中有强磁场 环境中有射源
1. 液压系统简述
▪ 1.1 液压系统的基本组成 ▪ 1.2 液压系统的传动介质 ▪ 2. 液压系统的污染物 ▪ 2.1 污染物的定义 ▪ 2.2 污染物的来源 ▪ 2.3 污染物的危害 ▪ 2.4 污染物特征描述 ▪ 2.4.1 固体颗粒 ▪ 2.4.2 水 ▪ 2.4.3 空气
1.1 液压系统的基本组成
▪ 3.1.1光谱分析 ▪ 3.1.2 铁谱分析 ▪ 3.1.3红外光谱分析
3.1.1光谱分析
▪ 每种元素的原子具有在受到一定能量激发时 发射和吸收特定波长光的特性。利用这一原 理，人们发明了原子发射光谱仪和原子吸收 光谱仪
图３－１
3.1.2 铁谱分析
▪ 铁谱分析是利用高梯度强磁场将油液中的铁 磁性颗粒分离出来，然后进行颗粒含量测定 和形貌分析。
备注
很难有某种液压介 质能很好地满 足左侧所列的 所有性能。一 般情况下，应 根据液压系统 的实际需要， 有重点地满足 左侧所列的部 分性能。
2. 液压系统的污染物
▪ 2.1 污染物的定义 ▪ 2.2 污染物的来源 ▪ 2.3 污染物的危害 ▪ 2.4 污染物特征描述 ▪ 2.4.1 固体颗粒 ▪ 2.4.2 水 ▪ 2.4.3 空气
•2020/6/1
2.1 污染物的定义
▪ 液压系统的污染物是指液压介质中存在的一 切对系统有危害作用的物质和能量。它包括 固体颗粒、水[1]、空气、化学物质、微生物 、静电、热能、磁场和辐射等。
▪ [1] 对于含水液压液来说，水不是其污染物。 为便于叙述，以下所说液压介质主要指液压 油。
2.2 污染物的来源
液压系统污染控制技术
2020年6月1日星期一
目录
▪ 1. 液压系统简述 ▪ 2. 液压系统的污染物 ▪ 3. 液压系统污染物检测分析 ▪ 4. 液压系统污染控制 ▪ 5. 过滤原理与过滤介质 ▪ 6. 污染控制元件的主要性能指标 ▪ 7. 污染控制元件介绍 ▪ 8. 污染控制元件的选用 ▪ 9. 液压系统的污染控制与预防
3.2 固体颗粒分析
▪ 3.2.1油液污染度的表示方法 ▪ 通常意义下的油液污染度是指单位体积油液
中固体颗粒污染物的含量。油液污染度的表 示方法很多，常见的有质量污染度和颗粒污 染度两种表示方法。
表3-2 ISO 4406污染度等级代码
表3-3 NAS 1638污染度等级（ 100mL油液中的颗粒数）
传递能量，润滑元件，冷却系统，携带污染
液压系统示意图
1.2液压系统的传动介质
▪ 在液压系统中，液压介质是系统实现能量转 换、传递、控制的媒体，也是系统散热、元 件润滑的媒体，同时也是污染物携带、传输 和清除的载体。因此，液压系统对液压介质 有比较高的性能要求，表1-2给出了液压系统 对液压介质的性能要求。
表1-1 液压系统组成部分及其作用
类别 动力元件 执行元件 控制元件
辅助元件
液压介质
元件 齿轮泵 叶片泵 柱塞泵 液压缸 液压马达 摆动马达 压力控制阀 流量控制阀 方向控制阀
油箱 过滤器 蓄能器 热交换器
管路 密封件 石油基液压油 合成液压油 含水液压液
作用
将电动机或内燃机提供的机械能转换为液压能， 输出一定压力和流量的液压介质
▪ 污染物的来源各不相同，主要是在系统装配 、运行、故障维修等过程中产生的。根据其 产生的原因总体来说，可分为系统内部残留 、内部生成和外部侵入三种。
表2-1 污染物的常见来源
种类 固体颗粒
水
空气
化学物质 微生物 静电 热能 磁场 辐射
来源 系统内部残留 系统内部生成 系统外部侵入 系统内部残留 系统内部生成
图２－１颗粒尺寸定义
2.4.2水
▪ 水的污染特征描述主要有水的存在形式及其 含量。油液中的水有三种存在形式：溶解水 、乳化水及自由水
2.4.3空气
▪ 与水类似，空气的污染特征描述主要有空气 的存在形式及其含量。油液中的空气也有三 种存在形式：溶解态、乳化态及自由态。
3. 液压系统污染物检测分析
污染度等级
00 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
5～15μm 125 250 500 1000 2000 4000 8000
16000 32000 64000 128000 256000 512000 1024000
15～25μm 22 44 89 178 356 712
1425 2850 5700 11400 22800 45600 91200 182400