液壓系統(tǒng)污染解決方案探析

水劍虹

液壓系統(tǒng)污染解決方案探析

水劍虹

（中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司，河南鄭州，450001）

液壓系統(tǒng)污染是導(dǎo)致液壓傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生故障的主要因素。從污染分類、來(lái)源和常見(jiàn)危害的分析入手，結(jié)合有關(guān)案例，探索了污染物的發(fā)現(xiàn)及鑒別方法，不僅提出了污染前防治的14條原則，還明確了污染后補(bǔ)救的5方面措施。解決方案能夠有效避免液壓傳動(dòng)系統(tǒng)精密元器件發(fā)生損壞，降低了設(shè)備維修成本，提高了設(shè)備使用壽命，從社會(huì)環(huán)境保護(hù)角度看很有益處。

液壓系統(tǒng) ；傳動(dòng)；污染防治；污染補(bǔ)救；環(huán)境保護(hù)

引言

目前，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)在工程機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛，且隨著各項(xiàng)新技術(shù)的興起與應(yīng)用，系統(tǒng)效率空前提高。同時(shí)，各種故障也會(huì)發(fā)生，其中多數(shù)是由液壓系統(tǒng)污染所造成。

液壓系統(tǒng)元件大多為高價(jià)值精密元器件，損壞后修理費(fèi)用十分驚人，故采取切實(shí)有效措施防止液壓系統(tǒng)污染是工程機(jī)械領(lǐng)域的一項(xiàng)重要研究課題。

1　污染的分類和來(lái)源

1.1污染分類

液壓系統(tǒng)遭受污染的原因多樣化，污染物的成分也有多種，概括起來(lái)主要包括：顆粒（包括纖維）污染、化學(xué)污染和水污染[1]：

（1）顆粒污染。這是最普遍的污染方式，它具有可度量和可控制的特性；

（2）化學(xué)污染。由于液壓油和密封件的分子結(jié)構(gòu)在熱、水、空氣以及其它物質(zhì)或因素共同作用下發(fā)生裂解、降解、氧化等化學(xué)反應(yīng)而破壞，生成水、醛類、酮類、酸類等氧化物。除部分沸點(diǎn)較低的小分子物質(zhì)呈氣態(tài)逸出外，另有相當(dāng)大一部分物質(zhì)呈液態(tài)或膠體存在于系統(tǒng)當(dāng)中，極大地影響液壓油的流體動(dòng)力特性和其它理化性能[2]。此外，對(duì)于長(zhǎng)期停置的設(shè)備，液壓油在微生物作用下發(fā)生降解等變質(zhì)，也是比較常見(jiàn)的污染方式，其結(jié)果與化學(xué)污染有很多相似之處。

（3）水污染。游離水混入液壓油后，會(huì)造成油品乳化，粘度降低，并在很大程度上參與化學(xué)反應(yīng)，形成水污染。游離水可以薄膜形式附著于較活潑金屬表面形成腐蝕。另外，液壓油中混入的游離水容易使濾清器濾紙軟化膨脹損壞，從而使濾清器失效，并在高壓大流量液壓油沖擊下將濾紙穿孔，纖維和破片混入系統(tǒng)形成進(jìn)一步污染[3]。污染前后的油品見(jiàn)圖1。

圖1　污染前后的油品

1.2污染來(lái)源

污染物的來(lái)源主要包括：一是制造、修理、保養(yǎng)和使用過(guò)程中外源性污染物的進(jìn)入；二是系統(tǒng)自身油品變質(zhì)、金屬磨損或疲勞等所產(chǎn)生的顆粒的進(jìn)入，以及密封件、軟管、過(guò)濾材料發(fā)生老化和損傷，從而分解和剝落，混入系統(tǒng)當(dāng)中。

外源性污染物主要有制造和裝配過(guò)程中所產(chǎn)生和混入的金屬碎屑、灰塵、油漆、橡膠顆粒等；修理過(guò)程中由于環(huán)境原因進(jìn)入系統(tǒng)的灰塵、水等。用容易脫落的棉紗等擦拭零件，脫落的細(xì)小纖維粘附于零部件表面。以及責(zé)任心不強(qiáng)而造成的零件、工具、磨料、纖維制品等其它雜質(zhì)遺留于系統(tǒng)當(dāng)中；保養(yǎng)過(guò)程中油品混入水等雜質(zhì)；更換濾清器時(shí)操作方法和工藝不當(dāng)，濾清器中被過(guò)濾的污染物重新進(jìn)入液壓系統(tǒng)形成繼發(fā)性污染；使用中液壓缸防塵圈損壞或活塞桿上有劃傷、凹坑或凸起，活塞桿上的污物在每次工作循環(huán)時(shí)進(jìn)入液壓系統(tǒng)。北方冬季保養(yǎng)時(shí)不注意活塞桿的清潔，以致活塞桿上凍結(jié)的冰水和被污染的潤(rùn)滑脂等形成不可被防塵圈破碎并阻隔的包裹物時(shí)，就會(huì)隨活塞桿的收縮進(jìn)入液壓系統(tǒng)。部分工程機(jī)械（如小松PC-6系列液壓挖掘機(jī)等）液壓系統(tǒng)呼吸裝置導(dǎo)管開(kāi)口較低，涉水行走或作業(yè)時(shí)，液壓油箱易遇冷介質(zhì)收縮形成負(fù)壓吸入泥水。其它各種方式、各種途徑林林總總不勝枚舉。

2　污染的常見(jiàn)危害

液壓系統(tǒng)一旦遭受污染，各種μm級(jí)硬質(zhì)磨?？稍斐杀没蝰R達(dá)中各運(yùn)動(dòng)副間隙（如柱塞與缸筒、缸筒與配流盤(pán)、滑靴與弧形導(dǎo)軌[變量柱塞泵或馬達(dá)]，齒輪副、齒輪與泵體[齒輪泵]、葉片與泵體[葉片泵]、換向閥芯與閥體等）的劃傷、磨損，造成系統(tǒng)內(nèi)泄，從而引起液壓系統(tǒng)發(fā)熱和效率降低。

由于液壓系統(tǒng)中各金屬間的運(yùn)動(dòng)副間隙是依據(jù)系統(tǒng)壓力和液壓油的粘度控制在極其嚴(yán)格的范圍之內(nèi)的（其中Caterpillar液壓系統(tǒng)中金屬對(duì)金屬的間隙在5～30 μm之間），故各種μm級(jí)微小顆粒又可造成各運(yùn)動(dòng)副間的卡滯或完全卡死。在被卡滯的運(yùn)動(dòng)副中，由于金屬表面產(chǎn)生很大的接觸應(yīng)力，在脈動(dòng)等交變接觸應(yīng)力作用下，迅速形成局部的金屬疲勞，產(chǎn)生剝落[4]。圖2所示為被拉傷的油泵柱塞。

圖2　被拉傷的油泵柱塞

在液壓系統(tǒng)中，較大尺寸（mm級(jí)）的顆粒極易造成各種閥（如換向閥、單向閥、溢流閥等）的卡死，而造成系統(tǒng)運(yùn)行失靈，以兩個(gè)典型的實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明。

實(shí)例一：我單位一臺(tái)日立EX300-2挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)中，約為Φ 5 mm的金屬顆?？ㄔ谝缌鏖y主閥體間，形成系統(tǒng)內(nèi)泄，造成一側(cè)行走馬達(dá)無(wú)動(dòng)作；

實(shí)例二：某單位一臺(tái)WY160型液壓挖掘機(jī)動(dòng)臂運(yùn)行時(shí)，發(fā)生鏟斗液壓缸自動(dòng)泄壓故障。筆者前往檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，故障系通往鏟斗液壓缸油路中的直動(dòng)式單向閥閥芯被一約為Φ 4 mm的金屬顆?？ㄗ。率圭P斗液壓缸無(wú)桿腔與動(dòng)臂回路通過(guò)共享的一套補(bǔ)油系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)合流時(shí)處于常通狀態(tài)而形成的[5]。

如果mm級(jí)別的顆粒進(jìn)入節(jié)流閥，堵塞節(jié)流孔，將造成系統(tǒng)整體或局部壓力異常飆高，而流量急劇下降，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷加大，整機(jī)或部分系統(tǒng)運(yùn)行無(wú)力且動(dòng)作緩慢，并伴以發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓系統(tǒng)產(chǎn)生高溫[6-7]。

各種微粒和油品本身變質(zhì)所形成的不溶解氧化物、瀝青狀沉積物等極易堵塞或淤塞小尺寸油道（孔或腔）。如先導(dǎo)式溢流閥阻尼孔被阻塞，可造成溢流閥處于不可打開(kāi)或閥芯處于“隨機(jī)”狀態(tài)（各型溢流閥設(shè)計(jì)時(shí)阻尼孔布設(shè)的位置不同而后果有所不同）[8]，致使整體或局部系統(tǒng)壓力失調(diào)。目前部分較為先進(jìn)的液壓系統(tǒng)中廣泛采用PLS壓力控制系統(tǒng)。PLS壓力信號(hào)是控制總泵斜盤(pán)角度、調(diào)節(jié)系統(tǒng)流量的重要參數(shù)。在換向閥芯上所開(kāi)設(shè)的PLS壓力調(diào)節(jié)油道直徑僅幾十微米。一旦堵塞，某一動(dòng)作的PLS壓力就無(wú)法建立，使所需調(diào)節(jié)的子系統(tǒng)流量處于無(wú)法有效控制狀態(tài)，嚴(yán)重影響設(shè)備的工作效率和正常運(yùn)行。這種情況一旦出現(xiàn)，處理過(guò)程所耗費(fèi)的資金和時(shí)間都是巨大的。

3　污染物的發(fā)現(xiàn)和鑒別

發(fā)現(xiàn)和鑒別，是弄清液壓系統(tǒng)污染物的危害及成因之后的又兩大關(guān)鍵。在日常工作中，定期、及時(shí)檢查液壓油的顏色、氣味、粘度、沉淀、水分、PH值等參數(shù)十分重要[9-10]83-96，主要方法包括：觀、觸、嗅等簡(jiǎn)單、直觀的經(jīng)驗(yàn)性檢驗(yàn)方法，以及相關(guān)的理化檢測(cè)，限于篇幅不再一一說(shuō)明，而是僅介紹幾種常見(jiàn)的檢測(cè)方法：

（1）檢測(cè)油品中是否含有水分。具體方法為：抽取少許油樣盛入試管中，而后加入無(wú)水硫酸銅。如油品中含有水分，無(wú)水硫酸銅則會(huì)因?yàn)槲〗Y(jié)晶水而呈藍(lán)色；

（2）檢測(cè)油品的PH值。具體方法為：在常溫下將油樣與蒸餾水按1∶1劑量混合，并充分震蕩，使油品中的酸根離子和氫氧根離子溶解于水。爾后，在分液漏斗中靜置，使油水分離，用PH試紙檢測(cè)水的PH值，如圖3所示；

圖3　PH測(cè)試

（3）粘度檢測(cè)。將每次更換下的濾清器切開(kāi)后，將濾紙展開(kāi)，在放大鏡（10～20倍）下觀察濾紙表面粘結(jié)物狀態(tài)，查看顆粒類型及單位面積顆粒數(shù)。爾后，對(duì)日光或燈光檢視濾紙的顏色、透光度、均勻性，以及是否有膨脹和穿孔等異常。對(duì)于各種檢查均應(yīng)作詳細(xì)記錄，并將濾紙及當(dāng)時(shí)油樣妥善保管，以納入相應(yīng)的技術(shù)檔案。

此外，如有條件，可定期對(duì)液壓油進(jìn)行S.O.S (Scheduled Oil Sampling) 檢測(cè)。油樣光譜分析可以明確油品中各元素的含量，是對(duì)液壓油污染情況的定量分析，并可從中清楚地知道系統(tǒng)磨損部位和磨損程度等情況，以及時(shí)采取補(bǔ)救措施[11]。

4　污染物的防治

對(duì)于液壓系統(tǒng)污染物的防治，應(yīng)采取主動(dòng)預(yù)防的措施。著重要做好以下14個(gè)方面：

（1）各型設(shè)備的液壓系統(tǒng)要選用與之相適應(yīng)牌號(hào)的液壓油，并且在日常添加中應(yīng)避免將不同牌號(hào)的油品混合使用[12]；

（2）油品在運(yùn)輸、儲(chǔ)藏時(shí)應(yīng)注意密封，防止空氣及空氣中的水分和塵埃進(jìn)入。并注意產(chǎn)品的出廠日期和保質(zhì)期，不要使用貯藏時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的油品[10]87-98；

（3）按照規(guī)定，定時(shí)、定量、正確地更換液壓油。在放油時(shí)，盡可能加熱并充分?jǐn)嚢瑁η髮⑵渲械奈廴疚锉M量放出；

（4）定時(shí)更換液壓油濾清器。更換時(shí)應(yīng)注意操作方法和工藝，防止將已過(guò)濾的污染物混入系統(tǒng)，造成二次污染；

（5）加注經(jīng)過(guò)過(guò)濾的清潔液壓油時(shí)，使用專用的過(guò)濾加油機(jī)；

（6）做好日常保養(yǎng)工作，尤其要注意液壓油散熱器是否清潔、運(yùn)行是否正常，保證液壓系統(tǒng)在正常的溫度范圍內(nèi)工作；

（7）所有將系統(tǒng)開(kāi)放的修理和保養(yǎng)作業(yè)均應(yīng)在無(wú)風(fēng)、無(wú)塵環(huán)境中進(jìn)行。所有待更換零件安裝時(shí)不得提前啟封；

（8）清洗、擦拭液壓系統(tǒng)零部件時(shí)，不得使用易破碎、脫落的棉紗和海綿等材料，防止纖維粘附于零部件表面而混入系統(tǒng)[11]；

（9）各型濾清器及其它零部件在儲(chǔ)藏過(guò)程中要保持密封、干燥，防止銹蝕、霉變；

（10）更換液壓管前要進(jìn)行徹底清洗，并且用專用管帽或管塞封閉，以防污染（如圖4所示）；所有管口嚴(yán)禁使用棉紗進(jìn)行塞堵[12]；

圖4　油管封閉

（11）液壓系統(tǒng)修理和保養(yǎng)，所用工具、材料、零件的規(guī)格型號(hào)、數(shù)量均應(yīng)事先登記清楚，組裝前后均要復(fù)查；不得將任何物品遺留于系統(tǒng)內(nèi)部；

（12）在液壓系統(tǒng)的修理過(guò)程中，清洗后的液壓元件確認(rèn)清潔后應(yīng)及時(shí)封堵或者用清潔的塑料薄膜包裝并用膠帶封固，防止污染；

（13）保持活塞桿等軸類零件的光潔、無(wú)凹坑、鍍層無(wú)破損。保證各防塵零件處于良好的工作狀態(tài)。及時(shí)清除一切可能進(jìn)入液壓系統(tǒng)的灰塵、油污、冰水等。切實(shí)防止污染物通過(guò)工作裝置運(yùn)行而進(jìn)入液壓系統(tǒng)；

（14）各型設(shè)備涉水行走或作業(yè)時(shí)要認(rèn)真按照相應(yīng)技術(shù)手冊(cè)要求探明水深、流速、流向、地基承載力等情況。杜絕因呼吸器導(dǎo)管開(kāi)口探入水面而吸入水和泥沙的可能。

5　污染后的補(bǔ)救

一旦發(fā)現(xiàn)液壓系統(tǒng)遭受污染，應(yīng)立即停機(jī)補(bǔ)救。首先，查清污染程度，找到污染源；其次，放空液壓系統(tǒng)，視情況對(duì)液壓油進(jìn)行精細(xì)過(guò)濾或更換；第三，徹底清洗液壓系統(tǒng)，清除系統(tǒng)當(dāng)中的殘余污染物，杜絕繼發(fā)性污染[3]；第四，視液壓元件的損傷程度決定是否對(duì)元件進(jìn)行修整或更換。另外，如果有條件，可針對(duì)相關(guān)設(shè)備采用同安裝尺寸的超精細(xì)液壓油濾清器對(duì)開(kāi)放修理或保養(yǎng)后的液壓系統(tǒng)進(jìn)行使用中的再次過(guò)濾。若無(wú)此條件，應(yīng)適當(dāng)縮短標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)濾清器的首次使用時(shí)間，一般以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定使用時(shí)間的一半為宜（限）[13]。

6　結(jié)論

液壓系統(tǒng)污染所造成的故障占液壓系統(tǒng)故障總量的75%～80%。目前，在用工程機(jī)械中相當(dāng)一部分是在液壓系統(tǒng)污染狀態(tài)下運(yùn)行的。如何防治污染是至關(guān)重要的一項(xiàng)系統(tǒng)工程。有效地預(yù)防和杜絕液壓系統(tǒng)污染是提高機(jī)械效率、降低運(yùn)營(yíng)成本、延長(zhǎng)使用壽命的關(guān)鍵所在。

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水建虹(1969-)，回族，工程師，研究方向：設(shè)備管理與維修。

E-mail: sxplxaf@163.com

Investigation and Analysis on the Solution of Pollution for Hydraulic System

SHUI Jian-hong
(Sinohydro Bureau 11 Co., Ltd., Zhengzhou, Henan, 450001, China)

The main cause of failure on hydraulic transmission system is the pollution of hydraulic system. From the aspects of pollution classification, sources, and analysis of the common harms, and as well based on the case studies, methods of detection and identification of pollutants are explored. Also, 14 principles of prevention before pollution and 5 measures for recovery after pollution are put forward, to effectively avoid the damage of precision components in the hydraulic transmission system, which is helpful for reduction of maintenance cost, and improvement for the service life of equipment, making a great contribution to the society from the perspective of environmental protection.

Hydraulic System; Transmission; Pollution Prevention; Recovery after Pollution; Environmental Protection

TH137

A

2095-8412 (2016) 05-907-04工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL: http://www.china-iti.com

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.05.021