浅谈液压系统冲洗

浅谈液压系统冲洗

作者：李德飞

来源：《科技创新与应用》2013年第27期

摘要：本文论述了液压系统的冲洗必要性、冲洗原理、冲洗方式以及检验方法。

关键词：雷诺数；紊流；层流；冲洗流量；清洁度等级

1 冲洗的必要性

1.1 系统可靠性

设备运行之前或大修之后，液压系统遭到污染都是不可避免的。如果不能尽快将污染物滤出，系统的可靠性就会受到严重影响。

图1清楚地说明了冲洗质量对保证液压系统的可靠性起着至关重要的作用。

图1

曲线AB段是冲洗后的调试阶段。如冲洗质量高，AB段的斜率很大，即横坐标（时间）很短。BC段是系统或元件稳定工作阶段，一般3-4年问题不大，这一段的故障率通常在2%以下，基本上取决于元件的制造质量。CD段是元件的寿命段，故障率迅速提高，基本上达到更换寿命。

如果冲洗质量差，循环清洗不彻底，管道及元部件内部不干净，液压系统或元件的故障率特性曲线就变成AB'C'D'的情况，即调试时间长，稳定工作段的故障率高，而且时间短，寿命段提前，整个系统的寿命缩短，严重时会变成A B'C''D''那种情况。

1.2 系统失效原因

污染物造成液压元件的加速磨损划伤、引起阀的动作失灵；污染物堵塞液压元件的节流孔或节流缝隙，改变液压系统的工作性能；污染物给调试生产带来诸多的问题，延长调试时间，增加了故障率。

2 冲洗原理

2.1 理论依据

液体从一个表面冲走颗粒并携带至下游的能力正比于液体在元件表面的能量的大小。在层流流动中，元件的表面有一个液体的稳态层，作用于元件表面的作用力很小，从液流研究中得

到的实验数据表明，液体中流速各不相同，液体中心的速度最高，管壁处液体流速为零。如果一个颗粒太小而潜入层流边层（速度为零、靠近液体表面的静止层），则通过冲洗就不能将其除去。要除去一个颗粒，该颗粒直径就应该是层流边层厚度的两倍。因此要提高冲洗效率，采用紊流冲洗是最有效的，剧烈的紊流能够减小层流层的厚度并冲刷管壁，将颗粒卷走。

紊流程度的大小由雷偌数决定：

Re=1000vd/？滋（1）

式中：v-液流的平均流速（m/s）； d-液压管路的管子内径（mm）；？滋-液体的运动粘度（mm2/s），VG46号液压油在40℃下粘度为46mm2/s；

（2）

式中： -临界雷诺数，是层流和絮流的分界点，对于圆形光滑管， =2300

为了确保紊流，我们一般取雷诺数Re>4000，而且在条件允许的情况下，雷诺数越高越好（对于光滑金属管，10000>Re>4000）。提高雷诺数，增强紊流程度的办法是提高冲洗油液的流速和选用粘度较低的冲洗液。根据压差计算公式计算出冲洗整个系统所产生的压力损失，计算出系统的冲洗压力。

系统的冲洗流量根据以下公式计算：

（3）

式中：v-液流的平均流速（m/s）；d-液压管路的管子内径（mm）；Q-系统的冲洗流量（l/min）；

在雷诺数 =4000，粘度v=46的时候，冲洗流量为：

Qn=（7～9）d （4）

对于其它粘度的冲洗液，其冲洗流量为

Q=■Qn （5）

根据以上的论述，就可以计算出冲洗所需要的压力和流量。

2.2 冲洗方法

液压系统的冲洗方式有两种，一种是在线冲洗，主要使用液压系统的本体泵、油箱和过滤器；另一种为离线冲洗，也称为肾循环式，是将执行机构及液压设备旁路设置，临时外接一个

冲洗泵装置，并在回油管路上设置回油过滤器，过滤器的精度不低于系统的精度，对液压系统的管路进行冲洗。

离线冲洗与在线冲洗的特点，如表1：

表1

冲洗滤芯按如下要求选择：先选用30μm的滤芯；精度达到NAS11级以上的时，选用

20μm的滤芯；达到NAS9-11级的时候，选用10μm的滤芯；达到NAS9级以内的时候，选用精度3～5μm的滤芯。

冲洗过程分为两个步骤，为一次冲洗和二次冲洗。一次冲洗为离线冲洗方式，二次冲洗为在线冲洗方式。

（1）一次冲洗

采用离线的冲洗方式，将系统中执行机构、液压设备（泵、油箱等组件）旁路设置，所有的管路都连接起来，尽可能的串联，在回油管路上设置回油过滤器，过滤器的精度不低于系统的精度。

冲洗注意事项：

a.冲洗液可用液压系统准备使用的工作介质或与它相容的低粘度工作介质；

b.冲洗流速应为实际工作的流速的2～3倍；

c.冲洗液为液压油时，油温不宜超过60℃；冲洗液为高水基液压液时，液温不宜超过50℃。冲洗液温度宜高；

d.冲洗过程中每间隔1-2小时用工具沿管线从头至尾进行一次敲打振动。重点敲打焊接部位。敲打时要环绕管四周均匀敲打，不得伤害管子外表面。震动器的频率为50～60Hz、振幅为1.5～3mm为宜；

e.及时更换滤芯。取样化验合格后就可以进行二次冲洗了。

（2）二次冲洗

二次冲洗为在线冲洗方式，用冲洗板将各种比例阀和伺服阀短接，将执行元件用胶管接成短路，用系统的工作介质冲洗。

加油前，按标准清洗油箱内壁；管路的冲洗是将执行机构旁路，利用设备中的泵、油箱进行循环冲洗。该过程中，比例阀、伺服阀取下用冲洗板代替；具有节流功能的阀阀口开到最大。

同时，冲洗要满足如下几个条件：

a.冲洗液为液压系统工作介质，油箱注油时必须经过滤油小车。

b.冲洗液的冲洗流速应使液流呈紊流状态，冲洗流速应尽可能高于实际工作的流速。

c.油温不宜超过60℃，在不超过上述温度下，冲洗温度宜高。

d.在滤芯堵塞时，及时更换滤芯。

液压系统可能有很多执行机构，也就是有很多回路，因此，冲洗的时候不可能同时冲洗，需要分回路冲洗。

循环清洗中每2-4小时取样一次，取样地点在回油过滤器前进口处，每次100ml（2-3份）进行化验。2份以上合格，方可认为此次化验合格。

3 检验方法

3.1 取样及检测点

循环清洗中每2-4小时取样一次，取样地点在回油过滤器前进口处，每次100ml（2-3份）进行化验。2份以上合格，方可认为此次化验合格。

3.2 测试方法

污染度常用的检测方法有质量分析法、显微镜计数法和自动颗粒计数器法等多种。

4 结束语

装配前的元件清洗和装配后的系统冲洗对新投入使用的液压系统是绝对必要的，任何抱有侥幸心理而放弃清洗都会对设备带来致命的损害。经过严格的冲洗后，可以减少和避免系统调试和早期运行中的故障，缩短系统的调试周期，减少不必要的损失。但是，系统的污染控制是一个不断进行的过程，不可能一劳永逸，在系统的运行期间还要定期检测油液状态，并控制污染物使其保证在系统允许的清洁度范围内。

作者简介：李德飞，工程师。