淺談液壓系統(tǒng)使用維護(hù)中液壓油清潔及管路沖洗技術(shù)

孫 亮

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司 河北唐山 063200）

1 引言

液壓系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定工作是保證設(shè)備正常運(yùn)行的關(guān)鍵。根據(jù)國(guó)內(nèi)外的統(tǒng)計(jì)資料分析，油液污染是液壓系統(tǒng)發(fā)生故障及液壓元件過(guò)早磨損或損壞的主要原因，由此引起的損失約占液壓系統(tǒng)全部故障損失的70%～80%。因此，控制機(jī)床液壓系統(tǒng)油液污染已經(jīng)成為保證設(shè)備安全、高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵，必須認(rèn)真對(duì)待。

從生產(chǎn)原理來(lái)看，液壓系統(tǒng)油液污染的原因主要包括三方面：①制作、安裝過(guò)程中潛伏在系統(tǒng)內(nèi)部的污染，如切屑、磨料、焊渣、銹片和灰塵等固體顆粒物；②加入系統(tǒng)的液壓介質(zhì)清潔度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)；③系統(tǒng)工作過(guò)程中產(chǎn)生的污染。因此，為了保證系統(tǒng)正常工作的要求，必須在系統(tǒng)投入使用之前進(jìn)行全面、細(xì)致的液壓系統(tǒng)清洗，控制液壓系統(tǒng)清潔度。

液壓系統(tǒng)在油沖洗前必須進(jìn)行化學(xué)清洗，否則系統(tǒng)內(nèi)的污垢將緩慢地、間斷性地進(jìn)入油系統(tǒng)，使油沖洗工作時(shí)間延長(zhǎng)且難以達(dá)標(biāo)。因此，在系統(tǒng)開車前對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行化學(xué)清洗和油沖洗，是快速、徹底去除系統(tǒng)內(nèi)污染物的有效方法。在沖洗過(guò)程中，依據(jù)一些基本的液壓原理，合理的確定沖洗工藝參數(shù)（如：流量、流速等），正確的選定沖洗設(shè)備，可達(dá)到理想的沖洗效果。

2 液壓系統(tǒng)污染的危害

1）油液污染顆粒進(jìn)入液壓元件的配合間隙，使滑動(dòng)表面摩擦加劇，劃傷配合表面影響精度和表面粗糙度，使泄漏增加，甚至造成元件動(dòng)作靈敏度降低或動(dòng)作循環(huán)錯(cuò)亂，污染將導(dǎo)致元件壽命縮短和工作失常。

2）油液中污染物會(huì)使液壓元件的阻尼小孔、縫隙式控制閥口堵塞，使液壓元件不能正常工作。對(duì)于先導(dǎo)型溢流閥，污染顆?？赡芸ㄗ∠葘?dǎo)滑閥，使系統(tǒng)壓力無(wú)法建立；對(duì)于流量控制閥，積聚在縫隙閥口處的污染物則會(huì)影響速度的穩(wěn)定性。

3）油液污染會(huì)使油的粘度發(fā)生變化，使油液抗乳化性、潤(rùn)滑性和消泡性等物理、化學(xué)性能降低，導(dǎo)致油液過(guò)早老化失效，并引起各種液壓系統(tǒng)故障。

3 液壓系統(tǒng)油液污染物種類及污染原因分析

1）固體污染物：主要有切屑、鑄造沙粒、焊渣、灰塵、毛刺等。固體污染在整個(gè)液壓系統(tǒng)污染中占有相當(dāng)大的比重。

2）液體污染物；主要有水分、清洗液（油）或者其他種類的液壓油。

3）氣體污染物：主要有從大氣混入系統(tǒng)的空氣和從油液中分離出來(lái)的氣體。

各種污染物質(zhì)侵入系統(tǒng)的渠道，見表1。

表1油液污染種類及原因

4 污染度的測(cè)定方法與等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

4.1 固體污染顆粒的測(cè)定方法及等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

固體污染顆粒的測(cè)定方法有用肉眼直接觀察的目測(cè)法；有把一定體積油液樣品中的污染物用濾紙顏色來(lái)判斷污染度的比色法；有用顯微鏡法、光散射法與光遮蔽法等計(jì)數(shù)的顆粒計(jì)數(shù)法，其污染度標(biāo)準(zhǔn)有ISO／DIS4406，美國(guó)宇航局標(biāo)準(zhǔn)NAS1638和美國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)1963年提出的標(biāo)準(zhǔn)SAE749D等；有重量法，其污染度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)主要有NAS1638和MILSTD1246A；還有污染指數(shù)法，它是根據(jù)油液通過(guò)薄膜濾網(wǎng)時(shí)通暢程度來(lái)確定其污染度的一種方法，本方法對(duì)測(cè)定0.25～5μm顆粒的污染度有效，適用于伺服系統(tǒng)油液污染度的測(cè)定。

4.2 油液中液體污染物的測(cè)定

油液中的液體污染物主要是水分，測(cè)定礦物油型系統(tǒng)油液含水量的方法有Karl-Fisher法，其重復(fù)測(cè)量精度為11ppm，油液中氣體污染物的測(cè)定，目前尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)。

5 沖洗效果的影響因素

在系統(tǒng)沖洗中，要求沖洗液流速較高，質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)呈雜亂無(wú)章，液體的流動(dòng)除了快速的平行于管道周線的運(yùn)動(dòng)外，還必須存在著劇烈的橫向運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到清除粘附在管道內(nèi)表面細(xì)小顆粒的目標(biāo)。也就是要求系統(tǒng)管道內(nèi)液體的流動(dòng)為紊流狀態(tài)。

5.1 溫度的影響

油路沖洗過(guò)程中，潤(rùn)滑油溫度是影響沖洗效果的一個(gè)重要因素。根據(jù)流體力學(xué)流體流動(dòng)形態(tài)的方程，可以計(jì)算出一般管道雷諾數(shù)Re。

式中D—管路直徑；

ρ—潤(rùn)滑油密度；

v—流速；

μ—潤(rùn)滑油黏度。

對(duì)于一般管道雷諾數(shù)Re＜2000為層流狀態(tài)，Re＞4000為紊流狀態(tài)，Re＝2000～4000為過(guò)渡狀態(tài)。由于D和ρ基本恒定，潤(rùn)滑油只有在足夠高的溫度條件下才能獲得較低的黏度和較大的流速，從而達(dá)到紊流狀態(tài)。通過(guò)計(jì)算可得，油路系統(tǒng)在沖洗過(guò)程中應(yīng)保持在30℃～65℃。按照操作說(shuō)明書油箱油溫最大不超過(guò)70℃。

5.2 溫差的影響

在油路沖洗過(guò)程中，油溫應(yīng)從30℃～65℃保持周期性變化。由于粘附在油系統(tǒng)管路上雜質(zhì)的熱膨脹系數(shù)與金屬壁熱膨脹系數(shù)有一定的差別，所以采用大溫差膨脹收縮的方法使管路內(nèi)壁上的腐銹、焊渣和污物脫落。同時(shí)用木榔頭對(duì)管路的焊縫、彎頭、三通等處進(jìn)行敲擊，以加速附著在管路上的雜質(zhì)脫落。

5.3 沖洗方式選擇

管路系統(tǒng)沖洗分為離線清洗和在線清洗。離線清洗是在管道安裝以前先清洗、沖洗，然后再組裝的方式。這種方法簡(jiǎn)單，但在組裝過(guò)程中易造成二次污染。在線清洗是指在系統(tǒng)安裝完成后，對(duì)系統(tǒng)整體進(jìn)行化學(xué)清洗、油沖洗的方法。這種方法雖然復(fù)雜、技術(shù)要求高、難度大，但有清洗時(shí)間短、清洗徹底、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)，因此采用這種方式。

6 在線化學(xué)沖洗流程

化學(xué)清洗的目的是徹底清除管內(nèi)的所有污物，加快沖洗油沖洗及使工作油達(dá)到相應(yīng)NAS等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，以保證系統(tǒng)生產(chǎn)線安全可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)。

6.1 水沖洗

水沖洗的目的在于清除液壓系統(tǒng)內(nèi)部的焊渣、金屬粉末、密封材料碎片等不溶于脫脂酸洗液的固體顆粒。否則會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)元件使用壽命，甚至造成嚴(yán)重事故。

水沖洗過(guò)程中，應(yīng)保證大流量的水量，流速控制在2m／s以上，一個(gè)系統(tǒng)分成幾個(gè)支路沖洗。每20min測(cè)試一次濁度。當(dāng)進(jìn)出水濁度差小于5×10-6時(shí)，認(rèn)為合格，沖洗結(jié)束。

6.2 脫脂

該步驟為徹底清除系統(tǒng)內(nèi)部的各類機(jī)油、石墨、防銹油等有機(jī)物。為酸洗除銹奠定良好的金屬表面基礎(chǔ)。

藥劑：NaOH、Na2CO3、Na3PO4、Na2SiO3、消泡劑等。溫度：常溫，時(shí)間6～8h。

6.3 酸洗

酸洗是利用酸洗液與垢類物質(zhì)和腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行化學(xué)和電化學(xué)反應(yīng)，生成可溶物，使管道內(nèi)表面清潔。酸洗是整個(gè)化學(xué)清洗過(guò)程的關(guān)鍵步驟。

藥劑：鹽酸、硝酸、還原劑等，溫度：常溫，時(shí)間6～8 h。

6.4 漂洗

目的是清除酸洗后系統(tǒng)水沖洗過(guò)程中產(chǎn)生的浮銹，用低濃度的酸液與殘留在系統(tǒng)中的鐵離子反應(yīng)，除去水沖洗過(guò)程中可能生成的浮銹。藥劑：氫氟酸、還原劑、LAN、82 6等，溫度：常溫，時(shí)間：1.5～2h。

6.5 中和鈍化

中和鈍化是在系統(tǒng)內(nèi)部形成均勻、致密的鈍化膜，防止產(chǎn)生二次浮銹。藥劑：磷酸三鈉、亞硝酸鈉、氨水等，溫度：50℃～60℃，時(shí)間：4～6h，pH：9.5～10.5。

6.6 人工檢查

在清洗完成后，對(duì)所清洗的系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)檢查。一些死角部位要進(jìn)行人工清理，清除殘留在系統(tǒng)中的雜質(zhì)。

6.7 氮?dú)獯祾?/h3>

氮?dú)獯祾呤怯蜎_洗工作的前提和保證，這項(xiàng)工序如果做不好，會(huì)因污染物和水分的大量存在，造成油沖洗的困難和時(shí)間延長(zhǎng)，更換濾芯的數(shù)目增加，使得費(fèi)用增加。

采用潔凈、干燥的氮?dú)鈱⑾到y(tǒng)內(nèi)殘存的液體及細(xì)小顆粒吹出，否則對(duì)后面的油沖洗工作會(huì)造成不良影響。氮?dú)鈮毫υ?.0～1.6MPa，開始采用間歇吹掃，當(dāng)出口水分和顆粒數(shù)目少時(shí)常通，吹干系統(tǒng)。約需24h。如現(xiàn)場(chǎng)無(wú)氮?dú)?，可用相同質(zhì)量的壓縮空氣代替。

7 油沖洗

7.1 沖洗介質(zhì)

沖洗介質(zhì)選用工作介質(zhì)，這樣既可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)沖洗的目的，又可以達(dá)到過(guò)濾介質(zhì)的目的。

7.2 流量控制

根據(jù)沖洗回路中較大管徑內(nèi)液流呈紊流狀態(tài)時(shí)的流速，管路橫截面積來(lái)選擇沖洗泵（其中管路串聯(lián)時(shí)橫截面積為最大管的橫截面積，管路并聯(lián)時(shí)為支管橫截面積之和），一般采用高壓葉片泵。

旁路設(shè)置實(shí)際選定的泵，其流量一般比設(shè)計(jì)流量大，所以必須采用旁路來(lái)分流。啟動(dòng)泵前，先開啟截止閥到最大限度，開泵后逐步調(diào)節(jié)至穩(wěn)定狀態(tài)。

支路流量的調(diào)節(jié)沖洗時(shí)應(yīng)盡量保證各支路管內(nèi)液體處于紊流狀態(tài)，在支路沖洗回路前后都設(shè)置截止閥，用以調(diào)節(jié)流量，必要時(shí)在主要管路上可設(shè)置流量計(jì)加以確認(rèn)。

7.3 壓力控制

沖洗壓力選擇在4～6MPa，一些管線長(zhǎng)、管徑細(xì)、管徑急變或多彎的沖洗回路，增加支路的數(shù)量，減少?zèng)_洗管線長(zhǎng)度，降低壓力損耗；同時(shí)調(diào)節(jié)各支路前后截止閥，實(shí)現(xiàn)分支路的切換沖洗。

7.4 沖洗油溫

根據(jù)理論研究，油溫、溫差對(duì)沖洗效果有重要影響。此外油中細(xì)微顆粒尺寸小至0.005μm，溫度升高和電場(chǎng)的存在能加速小顆粒向大顆粒轉(zhuǎn)變，使其容易被濾出。因此，在沖洗過(guò)程中油溫要經(jīng)常變化，不超過(guò)危險(xiǎn)溫度的前提下，應(yīng)盡量提高油溫。綜合各方面因素，油溫確定在常溫至60℃變化。

7.5 清潔度控制

在沖洗初期采用國(guó)產(chǎn)的濾芯，在精過(guò)濾時(shí)采用進(jìn)口的濾芯以節(jié)約成本。根據(jù)管路的原污染程度及在線檢測(cè)的結(jié)果，確定濾芯更換時(shí)間。同時(shí)應(yīng)注意防止沖洗液與諸如鎂、鉛、鋅、濾紙等物質(zhì)共用，失去其原有的液壓介質(zhì)特性，沖洗時(shí)要時(shí)刻注意濾油器進(jìn)口壓力與出口壓力之差。當(dāng)壓差大于0.35MPa時(shí)就要更換濾芯。

在沖洗泵前設(shè)置粗過(guò)濾器防止大顆粒雜質(zhì)損壞泵，在沖洗回路前設(shè)置雙過(guò)濾器可避免污染原本清潔的主系統(tǒng)，特別是一些只要求沖洗的項(xiàng)目。在沖洗回路后過(guò)濾器可防止沖洗回路中的雜質(zhì)流入油箱。

7.6 沖洗結(jié)果判定

從取樣形式上有兩種方法。一種是按規(guī)定時(shí)間從特定取樣口（回油過(guò)濾器的回油管路上）抽取油樣進(jìn)行儀器測(cè)試檢查。另一種是根據(jù)系統(tǒng)的類型特點(diǎn)確定使用某一種精度的過(guò)濾網(wǎng)置于沖洗回路回油口，將所有沖回的雜質(zhì)全部收集，每2～4h檢查一次，根據(jù)雜質(zhì)的性質(zhì)及形狀，確認(rèn)不影響系統(tǒng)功能時(shí)為合格。

8 結(jié)束語(yǔ)

在液壓系統(tǒng)安裝、調(diào)試中對(duì)其進(jìn)行正確合理的沖洗，是使系統(tǒng)清潔度達(dá)到要求的途徑，是保證液壓系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵所在。冷軋廠通過(guò)先進(jìn)行化學(xué)清洗，合格后馬上進(jìn)行油沖洗的方法，相對(duì)于不通過(guò)化學(xué)清洗直接進(jìn)行油沖洗來(lái)說(shuō)，可有效縮短清洗時(shí)間，并且提高了清洗效果。

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