液压油污染与检测的论文

浅谈液压油的污染与控制［摘要］分析了液压油的作用，污染的原因，以及液压油被污染后对液压传动系统造成的危害，并提出了对液压油污染的控制措施，以确保液压系统的正常工作。［关键词］液压油作用污染检测控制前言：液压设备故障的75%以上是由液压油的污染造成的。在生产实践中，液压油的质量和正确选用往往被人们所忽视，使用液压油不重质量，会造成液压泵、液压阀等元件的大面积过早磨损而丧失工作能力。了解液压油在液压设备中的作用，重视液压油的质量，增强液压油的污染与防护意识，以及液压油在不同设备中选用，能极大限度地降低液压设备的故障发生率，从而提高企业的经济效益。一、液压油在液压设备中的作用液压油作为液压系统的传递介质，实现能量形式的转换、运动方式的变化，从而达到传递和控制作用。液压油在液压系统中的具体作用表现在以下几方面。（1）传动作用。液压油具有一定的粘度。液压油的可压缩性极小，可近似地认为是不可压缩液体，液压油将作用于其上的压力不变地向各个方向进行传递，使执行元件产生预定的运动。（2）润滑作用。在液压传动装置中，形成运动的摩擦偶合面被具有一定强度的液压油膜隔开，此油膜能够支承载荷，可以避免或减少摩擦偶合面的直接接触，达到改善摩擦偶合面的摩擦性能，降低摩擦系数，减轻机件磨损，并降低能量损耗等。（3）冷却作用。液压油具有良好的导热性，能够及时带走摩擦偶合面所产生的摩擦热量，并及时冲走摩擦偶合面所形成的磨屑和污染物等，从而达到降低摩擦偶合面的温度和减轻机件的磨损等。（4）防腐作用。金属材料长期暴露在大气中，金属表面将遭到腐蚀，结果导致机件表面质量，严重危害其使用性能。如将其浸泡在液压油中，可使金属表面与水、空气或其他有害气体隔开，从而减轻腐蚀。（5）阻尼、减振作用。液压油具有一定的可压缩性，能将液压冲击能量快速转变成液压能，起阻尼、缓冲或减振的作用，从而确保设备和操作人员的安全。二、液压油污染产生的原因液压油被污染指的是液压油中含有水分、空气、微小固体颗粒及胶状生成物等杂质。液压油受到污染常常是系统发生故障的主要原因。因此，控制液压油的污染是十分重要的。液压油液被污染的原因是很复杂的，但大体上有以下几个方面：1残留物的污染：主要指液压元件以及管道、油箱在制造、储存、运输、安装、维修过程中，带入的砂粒、铁屑、磨料、焊渣、锈片、油垢、棉纱和灰尘等，虽然经过清洗，但未清洗干净而残留下来的残留物所造成的液压油液污染；2侵人物的污染：主要指周围环境中的污染物，例如空气、尘埃、水滴等通过一切可能的侵入点，如外露的往复运动活塞杆、油箱的通气孔和注油孔等侵入系统所造成的液压油液污染；还如维修过程中不注意清洁，将环境周围的污染物带入，以粗代细，甚至不用过滤器，过滤器几年不清洗、滤网不经常清洗、换油或补油时不注意油的过滤、脏的油桶未经过严格的清洗就拿来用，从而把污染物带入。3生成物的污染：主要指液压传动系统在工作过程中所产生的金属微粒、密封材料磨损颗粒、涂料剥离片、水分、气泡及油液变质后的胶状物等所造成的液压油液污染。这些颗粒污物类似于研磨金属加工面使用的研磨剂，液压系统中的污染颗粒随着液压油的流动而遍布整个系统。当通过泵、缸、阀各液压元件时，会加剧各摩擦副的磨损，产生出新的污染颗粒，造成恶性循环，大大降低元件的使用寿命，严重地威胁着液压系统的正常工作。油液分解残余物及表面活性媒介物等，它们会腐蚀机件，并使元件表面的污物分散到油液中去而难以清除，还降低过滤网附着污物的能力，常常使节流小孔堵塞。使液压元件失效造成事故故障。4液压油中混入的其它油品：不同品种、不同牌号的液压油其化学成分是不相同的，当液压油中混入其它油品后，就改变了其化学组成，从而使用其性质也发生变化。三、油液污染度的评定标准目前，我国工程施工机械行业对液压系统油液污染度的评定主要采用以下标准：1．我国制定的国家标准GB／T14039—93《液压系统工作介质固体颗粒污染等级代号》，该标准等效采用国际标准ISO“06—1987。固体颗粒污染等级代号由用斜线隔开的两个标号组成，第一个标号表示1m1工作介质中大于5斗m的颗粒数；第二个代号表示1ml工作介质中大于15¨m的颗粒数。2．美国NASl638污染等级标准(如下表)。①该等级采用“颗粒尺寸分布”表示液压油的污染程度.②该等级采用“颗粒重量”表示液压油的污染程度(如下表)。四．液压油污染的危害。污染是液压系统的主要危害，污染物混入液压系统后会加速零件的磨损、研伤烧伤甚至破坏，引起液压元件性能早期下降，液压系统产生故障。由此可见，污染造成的后果是严重的。其危害有：1对系统工作性能的影响由于液压油中的污染物部分或全部堵塞了液压元件的节流孔或缝隙，就改变了液压系统的工作性能，引起动作失调，甚至系统完全失灵。如压力阀的压力产生随机漂移。当污染物颗粒嵌入阀芯滑动面间，使移动阻力增大，反应迟钝，动态响应速度变慢，严重时阀芯被卡牢。在液压油固体污染物中，金属颗粒约占75%，尘埃约占15%，其他杂质如氧化物、纤维、树脂等约占10%。磨损使阀的泄漏增加，造成控制阀流量放大系数及控制灵敏度下降，使泵、马达、液压油缸的容积效率降低，控制系统刚性减小等。2对液压元件的影响液压元件工作性能的下降与颗粒污染物的数量、大小、形状、密度和硬度等有关。其中数量、大小、硬度起主要作用。液压油中固体颗粒污染物使泵的运动件表面磨损加剧，刮伤、咬死，泵的效率降低，故障频繁寿命缩短。如某注塑机的叶片泵产生噪声大、温升高和压力波动大等故障。经分解检查，发现转子端面、配油盘磨损严重，定子工作面则完全磨坏。阀类元件的共同特点是阀芯和阀体配合精密，间隙很小，带有硬度的固体颗粒物一旦嵌入滑动面中，使阀芯移动困难或卡牢，磨损加剧阀口密封被破坏而产生故障。伺服阀污染敏感性试验表明：每100mL油液中，直径1-5μm的颗粒超过25-500万个时，伺服阀将完全失去功能。液压油中固体颗粒污染物会加速液压油缸密封装置的损坏，使缸运动表面拉伤、磨损、导致内外泄漏增加，推力不足或动作不稳定，爬行、速度下降，产生异常的响声与振动等故障。液压油污染到一定的程度后，会引起滤油器网眼堵塞，液压泵吸油困难而产生气蚀、振动和噪声。堵塞严重时，会因压力降过大而将滤网击穿，完全丧失过滤作用，造成恶性循环。3.液压油油劣化变质对元件的影响液压油劣化变质后粘度和防锈性能降低，油液乳化，消泡性降低，低温流动性变差，有效使用时间缩短。引起液压油变质的原因很多，如蒸发、氧化、污染、混入异种油等。其中氧化是主要的因素，而节流口棱边发热，工作油温太高是液压油氧化的重要原因。系统工作油温达到65OC以上时，液压油的氧化速度加快。油温每增加10OC，氧化作用增加一倍。另外油中混入水分或异种油都会引起油液变质。变质后的液压油对元件的机械效率、容积效率等性能以及寿命等都有很大影响。例如，褐色胶状悬浮物会把节流（阻尼）孔堵死或使阀芯胶着，使动作失灵。五、液压油污染的测定方法液压油中的污染物包括：液体污染物(如水分)、气体污染物(如空气)和固体颗粒污染物，其中油液中的固体颗粒污染是引起系统失效的主要原因。现主要对其测定方法进行讨论：1．重量分析法。按照SAEARP785标准，使100ml液压油样品通过微孔尺寸为0．8斗m的滤纸以阻留污染物，然后将污染物烘干后．在精密天平上称出颗粒的总重量，依标准定出污染度等级。这种方法可以反映液压油中污染物的总量，但无法核查污染物粒子的尺寸大小及分布情况，适用于液压油日常性的性质管理场合。2．自动粒子计数法。其原理是利用光源照射压油样品，液压油中污染物颗粒在光电传感器上投影所发出的脉冲信号来测定液压油的污染度。测得的信号与标准颗粒产生的信号相比较，就可以算出液压油样品中污染物颗粒的大小与数量。这种计数法使用的自动粒子计数器是按照IS04402规定的分度法核准的仪器，常用的有电感式、光散射式、遮光式3种，其中以美国H认C系列最为著名。3．显微镜计数法。将100ml液压油样品进行真空过滤，把得到的颗粒经溶剂处理后，放在显微镜下查出其尺寸大小及数量，从而推测油液的污染原因。这种方法可定量比较固体污染物的尺寸及数量，近似评定NAs5—13级。4．光谱分析法。常用原子吸收光谱仪或等离子体发射光谱仪，检测液压油中磨损金属和非金属硅、硼等元素的浓度。这种方法的测试精度高，但仪器价格较高，而且不能分析大于5恤m的颗粒。5．铁谱分析法。铁谱分析法可以检测一般光谱仪不能检测的大粒(1陆m一250斗m)磁性颗粒。铁谱仪能分析磨粒形态、大小和成分，并能测定磨粒的浓度值或在谱片上覆盖的面积百分比。铁谱分析的缺点是无法检测非磁性污染物(铝、青铜、黄铜、铬和硅等)。六、.液压油污染的控制由于液压油液被污染的原因比较复杂，液压传动系统在工作过程中液压油液又在不断地产生污染物，因此，要彻底地防止污染是很困难的。为了延长液压元件的使用寿命，保证液压传动系统的正常工作，应将液压油液的污染程度控制在一定的范围内。一般常采取如下措施来控制污染：1消除残留物污染：液压系统组装前后，必须对零件进行严格的清洗。2减少外来的污染：为了减少液压系统的污染源，改善设备的运转环境，加强粉尘治理，减少工作现场的粉尘。油箱通大气处要加空气滤清器，向油箱灌油应通过过滤器，维修拆卸元件应在无尘区进行。3滤除系统产生的杂质：根据系统和元件的不同要求，分别在泵的吸油口、压力管路、泵的吸油管路、回油管路、伺服阀或调速阀的进油口处，按照要求的过滤精度，设置过滤器，选用过滤器时还要考虑纳垢能量。在精度相同的情况下，应尽量选用滤油面积大的过滤器。在需要时，还可以增设外循环过滤系统（此时βn可选用大些）从而使系统的污染物控制等级得到提高；应定期检查过滤器的滤网有无破裂，若有破裂要及时更换，对变质油和清洁度超标油禁止使用，油箱内壁一般不要涂刷油漆，以免油中产生沉淀物质，为防止空气进入系统，回油管口应在油箱液面以下，液压泵和吸油管应严格密封。应根据需要，在系统的有关部位设置适当精度的过滤器，并且要定期检查、清洗或更换滤芯。4控制液压油液的工作温度：在没有特定要求的情况下，可有限考虑选用体积式调速回路，此种调速回路温升小、效率高；用扩大油箱容量和通风自然冷却来缓解油温的升高；另外还可以采用双油箱结构方案，以实现不同温升情况下的油温调节；当系统功率损失较大，发热量大而结构又不允许有较大的油箱容量的情况下，可采用冷却器进行强制冷却；5加强液压系统的维护保养和管理（1）选择合适的液压油。要根据液压系统的特点和使用环境，选择合适的液压油，首先要求具备合适的粘度、合适的固体颗粒污染等级，其次，要考虑液压油的抗氧化性、抗乳化性及是否有耐磨添加剂等，此外，还需考虑液压工作介质与元件金属材料及其密封材料的相容性。（2）加强油品管理。为保证出库油品的质量，必须定期对库存油料进行取样化验。新油入库时应化验，不合格的油品不准入库；油应妥善保管；建立液压设备“用油卡”；油液转筒或注入时应过滤；并注意油筒、注油口、漏斗口等容器的清洁。（3）定期清洗滤芯、油箱、管道和元件内部的污垢，定期更换滤芯。建立液压系统一级保养制度；（4）通过检查油质来确定是否该换油。因为不同的液压油的使用寿命不同，同一种液压油在不同的设备、不同的环境、不同的维护条件下，使用期限相差很大。常用来检测液压油污染度的方法有以下几种：铁谱分析法（此方法无法检测非磁性污染物）、光谱分析法（此法不能分析大于5um的颗粒）、重量分析法（此方法无法核查污染颗粒的尺寸大小及分布）、自动颗粒计数法（可以直接读出颗粒的尺寸大小及分布）。前面这些方法在某些场合，如野外和生产现场就受到限制，这些场合可使用便携式污染测量仪来检测。如DCA数显式污染报警仪、CM20测试仪、KLOTZ污染检测仪、PFC200颗粒计数器、PCM100污染度检测仪。若没有这些仪器，可采用目测法和比色法。目测法就是通过看油的颜色、嗅油的味道、摸油液的光滑度来估测液压油的污染程度。也可用两只洁净透明的玻璃瓶，一只装待测的液压油，另一只装新的液压油，将两只瓶子对着太阳看，来估计液压油的污染度。比色法是指将一定