大型壓機(jī)液壓系統(tǒng)油液污染控制

王建國 劉 軍 杜冬雪

(中國第二重型機(jī)械集團(tuán)公司設(shè)計(jì)研究院，四川 618000)

液壓傳動(dòng)裝置由于其具有控制精度高、響應(yīng)快、操作平穩(wěn)、易于實(shí)現(xiàn)輸出很大的作用力等特點(diǎn)。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，制約高壓液壓系統(tǒng)發(fā)展的一些關(guān)鍵技術(shù)取得突破，高壓液壓技術(shù)得以迅猛發(fā)展，使得液壓傳動(dòng)技術(shù)廣泛應(yīng)用于各類大型壓機(jī)。同時(shí)，液壓傳動(dòng)設(shè)備又有其薄弱的方面，抗污染能力低是其中較為突出的弱點(diǎn)。據(jù)相關(guān)資料介紹，液壓系統(tǒng)70%～80%的故障是由污染的工作介質(zhì)造成的。由于污染，液壓元件的實(shí)際使用壽命往往比設(shè)計(jì)的壽命短。實(shí)踐證明，控制液壓系統(tǒng)的污染是提高系統(tǒng)可靠性和延長元件使用壽命的有效途徑。

1 液壓系統(tǒng)污染物的危害及原因分析

液壓系統(tǒng)中的污染物，是指混雜在工作油液中對(duì)系統(tǒng)可靠性和液壓元件壽命有害的各種物質(zhì)。按污染物狀態(tài)可分為三大類:固體顆粒、液體及氣體。油液污染可導(dǎo)致液壓系統(tǒng)失效，尤其是固體顆粒的危害最嚴(yán)重。

1.1 固體顆粒污染物的來源及危害

固體顆粒污染物主要來自大型壓機(jī)液壓設(shè)備的安裝、液壓裝置的生產(chǎn)制造、系統(tǒng)運(yùn)行磨損和外界侵入，其形狀各異，沒有規(guī)則的外形。固體顆粒污染物混入液壓系統(tǒng)后會(huì)加速液壓零件的磨損、研損、燒傷甚至破壞。大顆粒的污染雜質(zhì)亦有可能堵塞住閥的控制節(jié)流孔或使液壓閥芯卡死，導(dǎo)致閥的動(dòng)作失調(diào)甚至完全失靈，產(chǎn)生誤動(dòng)作甚至造成事故。固體顆粒物在液壓缸內(nèi)會(huì)加速密封件的損壞，造成缸筒內(nèi)表面的拉傷，使油缸內(nèi)泄漏增大，造成油缸推力不足或者動(dòng)作不穩(wěn)定、爬行、速度下降、產(chǎn)生異常的聲響與振動(dòng)。

1.2 液體污染物的來源及危害

液體污染物主要是水，油液中水分的污染主要來源于熱交換器泄漏、密封失效、潮濕空氣的冷凝、意外滲水及溫度降低時(shí)，溶解水析出變?yōu)橛坞x水。水最大的危害是:腐蝕金屬表面;與添加劑作用產(chǎn)生膠質(zhì)引起閥芯粘滯和過濾器堵塞;還會(huì)使工作油液乳化變質(zhì)，使油液理化性能指標(biāo)下降，縮短換油周期，增加設(shè)備運(yùn)行成本。

1.3 氣體污染物的來源及危害

從大氣中混入油液的空氣溶入液壓油中，使油液體積彈性模量降低，這就會(huì)造成液壓系統(tǒng)剛性降低，壓機(jī)泄壓時(shí)振動(dòng)沖擊加劇，噪聲增大;液壓缸在低速運(yùn)行時(shí)容易產(chǎn)生爬行、抖動(dòng)現(xiàn)象;使“氣蝕”現(xiàn)象加劇;引起同步平衡系統(tǒng)響應(yīng)慢，影響同步平衡精度控制。

2 液壓系統(tǒng)油液清潔度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和要求

為了評(píng)定油液污染的程度，必須采用相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。目前國內(nèi)液壓行業(yè)普遍采用國際標(biāo)準(zhǔn)ISO4406—1999、美國國家宇航局制定的NAS1638標(biāo)準(zhǔn)和GB/T14039—2002 標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)互相并不矛盾，可以互相對(duì)照等效轉(zhuǎn)換，根據(jù)檢測(cè)單位的檢測(cè)方式，采用其中任意一種均可。

2.1 NAS1638 標(biāo)準(zhǔn)

它是以顆粒濃度為基礎(chǔ)，按照100 ml 油液中在給定的5 個(gè)顆粒尺寸區(qū)間內(nèi)的最大允許顆粒數(shù)劃分為14 個(gè)污染等級(jí)。最清潔為00 級(jí)，污染最高為12 級(jí)。

2.2 ISO4406—1999 國際標(biāo)準(zhǔn)

以1 ml 油液中的固體顆粒污染物的含量來劃分等級(jí)，采用3 個(gè)等級(jí)號(hào)碼來表示顆粒計(jì)數(shù)結(jié)果。這3 個(gè)等級(jí)號(hào)碼分別對(duì)應(yīng)三種尺寸的顆?？倲?shù)，即4 μm，6 μm 和14 μm。它是以電子顯微鏡測(cè)量顆粒尺寸。

2.3 GB/T14039—2002 標(biāo)準(zhǔn)

(1)用自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的代號(hào):用三個(gè)代碼表示。第一個(gè)代碼表示≥4μm(c)總顆粒數(shù);第二個(gè)代碼表示≥6μm(c)總顆粒數(shù);第三個(gè)代碼表示≥14μm(c)總顆粒數(shù);

(2)用顯微鏡進(jìn)行分析時(shí)，用兩個(gè)代碼表示。第一個(gè)代碼表示≥5μm 總顆粒數(shù);第二個(gè)代碼表示≥15μm 總顆粒數(shù)。

2.4 液壓系統(tǒng)清潔度等級(jí)要求

液壓系統(tǒng)是由各種液壓元件組成的，不同的液壓元件對(duì)油液的敏感程度不一樣，導(dǎo)致其有不同的油液清潔度等級(jí)要求，采用的過濾器精度也不同，見表1。

表1 過濾精度與油液清潔度等級(jí)Table 1 Various filter precision and oil cleanliness classification

3 大型壓機(jī)液壓系統(tǒng)油液清潔度的控制技術(shù)

3.1 系統(tǒng)油液的多重過濾控制

針對(duì)大型壓機(jī)液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成以及其系統(tǒng)的重要性，我們?cè)谙到y(tǒng)中設(shè)置了多重過濾器，來保證系統(tǒng)中油液具有較高的清潔度，見圖1。

(1)加新油過濾控制

新買的液壓油，在裝罐、運(yùn)輸、貯存過程中有可能生成膠體狀氧化物或吸入外界粉塵及潮氣，不一定是干凈的。因此，在給系統(tǒng)加新油時(shí)，加油管路上設(shè)置有高精度過濾器，防止污染物進(jìn)入油箱。

(2)循環(huán)過濾油液

圖1 大型壓機(jī)油液清潔度控制框圖Figure 1 Block diagram of oil cleanliness control of heavy duty press

液壓系統(tǒng)在工作時(shí)，一方面，一些存在于液壓油缸及管路死角的臟物隨著工作時(shí)間的推移會(huì)慢慢回到油箱;另一方面，還有一部分臟物，是工作時(shí)各運(yùn)動(dòng)部位摩擦產(chǎn)生的固體顆粒污染物。這些污染物都會(huì)使工作油液的清潔度降低。因此，有必要設(shè)置單獨(dú)的循環(huán)過濾裝置，系統(tǒng)在工作時(shí)或非工作時(shí)，都可以將油箱中的油液進(jìn)行連續(xù)過濾。由于該裝置采用高精度過濾器且10 min 左右可將油箱中的油液過濾一遍，從而保證了系統(tǒng)油液始終具有很高的清潔度。

(3)在線污染檢測(cè)儀

系統(tǒng)中設(shè)置有CS1000 型油液污染在線檢測(cè)儀。CS1000 污染檢測(cè)儀是固定的測(cè)量設(shè)備，其作用是使用光學(xué)測(cè)量元件持續(xù)地檢測(cè)液壓潤滑系統(tǒng)中的顆粒污染物。測(cè)量結(jié)果可以根據(jù)ISO4406—1999 作為污染代碼輸出。該污染檢測(cè)儀帶有一個(gè)模擬電信號(hào)輸出和一個(gè)用于輸出所測(cè)污染等級(jí)的RS485 接口。另外，它還可以在污染等級(jí)上升或下降時(shí)，向操作人員發(fā)出報(bào)警。

(4)壓力管路過濾控制

在壓力泵出口設(shè)置高壓過濾器，保證泵出口的壓力油是清潔的。液壓油從液壓泵壓力油口出來，經(jīng)過連接管路至控制閥，這段管路有可能使油液污染，因此，在靠近控制閥的管路上再設(shè)置一個(gè)高壓過濾器。這樣，使得進(jìn)入液壓閥的油液經(jīng)過多重過濾，充分保證了系統(tǒng)油液的清潔度。

(5)液壓系統(tǒng)油溫控制

應(yīng)注意控制系統(tǒng)的油溫，系統(tǒng)油液最佳溫度為40℃～50℃。一旦溫度達(dá)到120℃，油液氧化變質(zhì)而導(dǎo)致酸值提高的速度急劇增大，加劇油的氧化。大型壓機(jī)液壓系統(tǒng)采用冷卻水來自動(dòng)控制油液工作溫度。

3.2 液壓系統(tǒng)在安裝過程中的污染控制

液壓管道是液壓系統(tǒng)的重要組成部分，液壓管道污染控制是保證液壓系統(tǒng)清潔度的一個(gè)重要內(nèi)容。管道采用氬弧焊，可防止焊渣、氧化鐵皮進(jìn)入系統(tǒng)。管道須經(jīng)過酸洗、沖洗，必須確保所有管道沖洗達(dá)到設(shè)計(jì)要求的精度指標(biāo)。

4 結(jié)束語

液壓系統(tǒng)油液清潔度的控制是保證大型壓機(jī)液壓系統(tǒng)可靠工作和延長液壓元件使用壽命的有效措施。本文分析了油液污染對(duì)液壓系統(tǒng)的危害，闡述了大型壓機(jī)液壓系統(tǒng)中采用的油液清潔度控制技術(shù)，實(shí)踐證明，采用液壓系統(tǒng)的多重過濾技術(shù)，完全能滿足系統(tǒng)需要。本液壓系統(tǒng)基本沒有發(fā)生因油液污染引起的故障，保證了大型壓機(jī)液壓系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

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