工程機械液壓系統固體顆粒污染的分析與控制

路大叔

工程機械的工作可靠性和使用壽命與液壓系統的污染狀況有著極為密切的關系。根據國內外統計資料，工程機械液壓系統的故障大約有70%是由于液壓系統的污染引起的，其中由固體顆粒污染物引起的液壓系統故障占總污染故障的60%～70%。
        液壓系統的污染直接影響著整個液壓系統的工作好壞。液壓系統目前面臨需要克服的難題是如何有效地降低和控制系統的污染，以確保各種液壓元件及整個系統的可靠性和使用壽命。因此，合理分析和有效控制液壓系統的污染是確保工程機械液壓系統正常工作并延長使用壽命的關鍵。
1    液壓系統污染物的來源
# Q; e1 @' n5 n. R; K( k        液壓系統的污染源主要有潛在污染物、再生污染物和浸入污染物。歸納起來，液壓系統中的污染物的類型大致可分為固體顆粒、空氣、水、化學物質和微生物等，其中，固體顆粒污染造成的危害最大。
2    固體顆粒的危害與產生的原因
        在各類污染物中，固體顆粒是液壓系統中最普遍且危害性最大的污染物。在液壓系統污染造成的故障中，20%源于腐蝕，而50%的機械性磨損是由于固體顆粒的存在所造成的元件表面損壞所致。
2.1    固體顆粒的組成與分布的
        固體顆粒主要由剝落物、膠質、金屬粉末、空氣中帶來的粉塵、砂子、研磨粉、沉積物和纖維等組成。
% t" b, M8 y3 F5 ?2.2    固體顆粒的主要來源

固體污染物主要來源于以下幾個方面：
（1）系統硬管管道內壁附著的片狀鐵銹，酸洗后殘留在管內的化學藥品類；
（2）硬管在切割和套絲等加工過程中存留的鐵屑；
（3）密封件，密封圈殘渣。由于結合部位的銳邊及尺寸予緊等條件限制，可能將密封件部分損壞，損害部分直接進入系統；
3 n4 u* t% m" D3 X（4）高壓軟管總成內部灰塵及部分接頭部位殘留膠狀碎片；
8 f* k2 Z, L' q- J3 |& q（5）液壓系統裝配現場由于環境因素進入管道內部的石子、塵土等，這種情況并不多見；
（6）液壓元件內部存留的型砂殘留物、加工鐵屑、密封殘渣等。由于液壓元件出廠前都經過必要的清洗和檢驗，所以這種情況不多見。 2. 3 固體顆粒污染的危害
. x) f+ b. v4 I/ O& E/ Y" h2.3.1 粘著和堵塞過濾器孔眼和各種間隙、通道，從而使液壓泵運轉困難，產生氣蝕和躁聲。
2.3.2 破壞潤滑油膜，增大機器的摩擦力和磨損。固體粒子會使厚度小于固體粒子尺寸0.6倍的潤滑油膜破壞而失效，從而使機器的摩擦力和磨損明顯增大。磨損有五種磨損形式：磨料磨損、沖蝕磨損、粘著磨損、疲勞磨損和腐蝕磨損。其中最主要的是磨料磨損。以上每一種磨損都會產生新的磨損，從而進一步加劇元件的磨損。磨損會導致液壓元件產生泄露，效率降低，使用壽命縮短甚至損壞。

2.3.3 加速密封材料磨損，增加外瀉漏量。固體顆粒會加速液壓缸密封裝置的損壞，使液壓缸運動表面拉傷、磨損，導致液壓缸內外泄漏增加，推力不足或動作不穩定，爬行，速度下降，產生異常響聲與振動。
2.3.4 部分或全部堵塞液壓元件的孔隙，使控制元件動作失靈
2.3.5 固體顆粒中的金屬和金屬化合物粒子會對油液的氧化，變質起催化作用，油液的氧化將劣化油液質量，降低潤滑性能。
        當元件的間隙被固體顆粒所淤塞，會產生磨損的鏈式反應，磨損鏈式反應的產生是因為系統中的磨損污染物不能得到有效的控制，使得系統元件進一步磨損，產生更多的固體顆粒。從而進一步影響整個液壓系統的性能。因此，采取有效措施去除油液污染物，尤其是固體污染物，是保證工程機械液壓系統正常工作的前提。
3    防污措施
! Y4 }: I; l- z9 D" X0 _5 O* U        液壓系統的污染控制，貫穿于液壓系統的設計，制造、裝配、使用和維護等整個過程，解決液壓系統污染不可能完全去除污染物，而是通過污染控制措施，使系統的污染度保持在系統關鍵液壓元件的污染承受范圍以內，從而達到合理的平衡。對液壓系統污染的控制主要有兩種措施：一是防止污染物侵入系統；二是對系統油液進行過濾凈化。
3.1    設計階段的污染控制
        在設計階段，應慎重選用易于產生顆粒雜質而污染系統油液的裝置、結構等。如從控制固體顆粒污染角度，寧可選凸緣連接結構而少用管接頭，因為裝配維修時管接頭產生大量磨屑；油箱呼吸口設計位置高一些，并盡量掩蔽些，以防雨水和灰塵侵入；軟管可選用加襯里的油管等等。
        在設計階段最重要的是濾油器的設計和選擇。設計時，可考慮在對液壓油污染較敏感的液壓元件進油處增設吸油濾油器，在容易產生磨屑的液壓元件的回油處濾油器，在關鍵性液壓元件的進油口設置輔助濾油器，在污染物侵入量大的系統中，安裝旁路過濾以作為在線濾油器的補充，改善清潔度，延長濾油器使用壽命等等。
3.2    制造階段的污染控制
1 y% k% ~' Y6 W  M4 B* g) w# f3 b% e        外協外購件如各種閥，高壓軟管，缸等以及液壓油要嚴格進行進廠檢驗。關鍵件需進行加載，跑合和清洗。除外購的液壓元件以及一些軟管外，在現場配制的液壓管道必須經過酸洗除銹。管道按以下工藝流程進行：脫脂、酸洗、中和、鈍化、干燥、涂油、封閉。酸洗前應將經過脫脂處理后的管子用凈化壓力水沖去關內外壁的堿性溶液和洗去油污。所有密封面，絲扣等必須涂油覆蓋以后才能進行清洗。酸洗處理后，必須對管道進行打壓沖洗，打壓沖洗是液壓系統裝配過程中非常重要的環節。管道經過打壓沖洗以后，可以將管道中雜質沖去。沖洗時重點對焊口、法蘭、變徑、三通及彎頭部位定時進行均勻敲打，使這些部位的雜質振落隨油一起沖走。
1 {) w, m+ r0 D' b        應注意管道的酸洗與打壓沖洗應在裝配前夕進行，因為過早進行這些處理而長期擱置不用，管道裝配時仍有生銹的可能性。
        裝配前，所有需要清洗的液壓元件和輔件都必須清洗干凈且用密封塞閉油口，裝配時，首先要防止環境污染，有條件可使室內壓力高于室外，防止大氣灰塵污染。其次，采用干裝配，即各元件清洗后用干燥的壓縮空氣吹干以后裝配。最后，裝配人員應將裝配工具、濾網以及加油容器保持清潔，并嚴格按照有關的操作規程進行裝配，盡量減少人為因素所造成的污染。
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