風(fēng)扇液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的油液污染控制研究

徐詩輝，田小燕，買靖東，劉焱

（中國北方車輛研究所，北京 100072）

風(fēng)扇液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的油液污染控制研究

徐詩輝，田小燕，買靖東，劉焱

（中國北方車輛研究所，北京 100072）

文章通過對某車型的風(fēng)扇液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的故障分析，評定出油液污染對液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的危害，確定了避免出現(xiàn)此類故障的措施。為以后風(fēng)扇液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供可靠的技術(shù)參考。

油液污染；二級過濾；清潔度

CLC NO.: U463.22+1.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)01-33-03

引言

隨著某車型風(fēng)扇液壓傳動(dòng)系統(tǒng)不間斷的出現(xiàn)了幾次相類似的故障，而此車型又為批產(chǎn)車型，但此類故障在科研階段和首批試生產(chǎn)階段，均未出現(xiàn)過。因此，引起了項(xiàng)目組高度重視。

對液壓系統(tǒng)來說，如果液壓泵是整個(gè)液壓系統(tǒng)的心臟，那么液壓油就是整個(gè)液壓系統(tǒng)的血液，它對整個(gè)液壓系統(tǒng)有很大的影響。據(jù)國外統(tǒng)計(jì)，液壓系統(tǒng)的故障約有75%以上是由于液壓油的污染和性能劣化變質(zhì)而引起的。[1]因此，項(xiàng)目組把故障分析的重心放在了液壓油路系統(tǒng)及油液是否污染的故障點(diǎn)上。

1、油液污染原理分析

1.1 污染原因

油液污染主要是由外部原因和內(nèi)部原因造成的。外部原因是固體雜質(zhì)、水分、其他油類及空氣等進(jìn)入系統(tǒng)；內(nèi)部原因除了原有新油液帶來的污染物外，在使用過程中相對運(yùn)動(dòng)零件的磨損和液壓油理化性能的變化。由于導(dǎo)致污染雜質(zhì)侵入的各種因素的影響，油液都可能受到不同程度的污染。[2]

1.2 油液過濾

液壓系統(tǒng)內(nèi)的過濾器過濾性能對油液污染起作決定性的影響。油液污染不但與系統(tǒng)內(nèi)過濾器的過濾精度有關(guān)，而且與過濾器裝設(shè)的位置也有關(guān)。一個(gè)設(shè)計(jì)優(yōu)秀的液壓系統(tǒng)，為保證油液的盡可能長期的處于健康的工作狀態(tài)，允許一個(gè)液壓系統(tǒng)裝設(shè)一個(gè)或者多個(gè)過濾器。閉式液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中使用的大多是柱塞泵和柱塞馬達(dá)，而柱塞副配合精度高，對油液污染非常敏感，如滑靴對斜盤、剛體對配流盤、柱塞對缸體[3]等有多處敏感區(qū)域。因此合格可靠的過濾器選型設(shè)計(jì)，對液壓系統(tǒng)是否安全可靠的運(yùn)行，起作至關(guān)重要的影響。

2、故障車油液污染的評定

2.1 液壓油路說明

故障車型風(fēng)扇液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理如圖1所示。是一個(gè)一泵雙馬達(dá)的閉式液壓系統(tǒng)，為避免油液污染危害此系統(tǒng)工作可靠性，設(shè)計(jì)初期就嚴(yán)格按照閉式系統(tǒng)二級過濾的原則。其中一級濾為液壓油箱自帶的粗濾,處于液壓油箱出油口處。二級濾為精濾，圖1并沒有明確具體位置。

圖1 風(fēng)扇液壓系統(tǒng)原理圖

故障車型初樣車液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的二級精濾，是使用泵標(biāo)準(zhǔn)的原裝自帶濾。但在試驗(yàn)跑車階段，發(fā)現(xiàn)泵原裝自帶的濾，性能上可以很好的滿足工作要求，但工作過程中時(shí)常會(huì)出現(xiàn)誤報(bào)警的現(xiàn)象。經(jīng)過理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)特種車輛特殊的工作環(huán)境都很惡劣，且此系統(tǒng)使用的油箱是和轉(zhuǎn)向泵共用的，設(shè)計(jì)之初為權(quán)衡車輛總體性能，并沒有為此液壓系統(tǒng)匹配專門的液壓油，可能最終使用的液壓油黏度較此系統(tǒng)的最佳黏度略偏高，且二級精濾處于補(bǔ)油泵吸油管路里，過濾時(shí)就需克服相當(dāng)大的背壓。故在正樣車階段，決定更換成相應(yīng)的過濾精度的外掛濾，且過濾器自帶旁通閥，裝設(shè)位置處于補(bǔ)油泵壓力管路處，就徹底解決了過濾器經(jīng)常性誤報(bào)警的故障。其中泵二級過濾的精濾所在位置對比，可見如圖2所示。

圖2 泵二級過濾前后對比回路圖

2.2 故障的分析

經(jīng)過對設(shè)計(jì)過程的梳理，并沒有發(fā)現(xiàn)有什么隱含的設(shè)計(jì)缺陷。故決定對可能的故障液壓元件進(jìn)行破壞性的分解分析、對油液進(jìn)行檢測分析。其中油液取樣嚴(yán)格按GB/T17489-1988的要求，取樣點(diǎn)必須位于紊流區(qū)內(nèi)，即雷諾數(shù)Re≥4000。

式中：D—管子直徑，mm；V—油液流速，m/s；ρ—油液密度，kg/m3；μ—?jiǎng)恿︷ざ?，mPa·s；ν—運(yùn)動(dòng)黏度，mm2/s。按常規(guī)室溫（24℃）的環(huán)境下，由（3-1）計(jì)算得知Re≥4000，符合要求的取樣點(diǎn)均處于高壓處，且故障車的液壓元件都已總裝到整車上，客觀上并不適宜這種優(yōu)先的取樣方式，無奈只好選擇從油箱取樣的備用方法，取樣示意圖見圖3。

圖3 油箱油液取樣示意圖

根據(jù)本液壓系統(tǒng)固有的特性，結(jié)合故障的現(xiàn)象，初步判斷故障點(diǎn)可能發(fā)生的部位，對相關(guān)的液壓元件進(jìn)行分解分析。發(fā)現(xiàn)柱塞類的元件內(nèi)腔表面，均有不同程度的表面研傷，柱塞孔不同程度的堵塞的情況。

對取樣油液檢測分析，發(fā)現(xiàn)油液的理化程度屬于合理范圍，但油液清潔度均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)初期要求的NAS 1638 9級。由此導(dǎo)致相關(guān)的液壓元件都有不同程度的堵塞，其中具體故障情況匯總?cè)绫?所示。

表1 風(fēng)扇液壓傳動(dòng)系統(tǒng)故障情況

結(jié)合油液污染的可能原因和故障分析的結(jié)果，加上以往總裝過的車型并沒有出現(xiàn)相類似的故障。最終把故障定位在以下兩個(gè)方面。一方面，轉(zhuǎn)產(chǎn)后液壓元件訂貨的產(chǎn)品質(zhì)量是否有保證。液壓元件加工和裝配過程中殘留的金屬切屑、焊渣、型砂等相關(guān)機(jī)械雜質(zhì)是否去除。液壓元件運(yùn)轉(zhuǎn)過程中是否絕對保證液壓管路的內(nèi)部清潔。另一方面，此液壓系統(tǒng)整車總裝時(shí)，是否嚴(yán)格按照安裝技術(shù)條件要求進(jìn)行。即總裝前，用水溶性的清洗劑清洗所有液壓元件的需要密封處的表面，并用高壓空氣（約0.5MPa）吹凈液壓管路內(nèi)腔。安裝過程中，杜絕一切異物進(jìn)入系統(tǒng)的液壓管路中。

綜上所述，確定故障車此類故障，問題根源還是在油液污染上，而且為油液外部污染，污染的過程處于產(chǎn)品后期總裝過程中。只要控制好產(chǎn)品的質(zhì)量，嚴(yán)格按產(chǎn)品安裝技術(shù)條件安裝，就可以杜絕此類故障的出現(xiàn)。經(jīng)過此次故障的排除，更加驗(yàn)證了此類風(fēng)扇傳動(dòng)系統(tǒng)是安全可靠的一種傳動(dòng)方式。

2.3 故障車的處理

為杜絕這批總裝車輛相同故障的再度出現(xiàn)，結(jié)合故障分析結(jié)果，提出一下兩個(gè)方案。對已經(jīng)總裝完畢的故障車輛，更換掉已經(jīng)確定被損壞的液壓元件后，必須徹底清洗整個(gè)液壓系統(tǒng)的管路。對將要總裝的車輛，在動(dòng)力艙落艙前，建議對液壓系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)過濾清洗，即將泵、溢流閥、馬達(dá)用工裝代替，再將泵與濾油車進(jìn)行連接，濾油車工作對系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)清洗，確保本液壓系統(tǒng)總裝時(shí)，油液已達(dá)到設(shè)計(jì)清潔度要求。

3、油液污染的防范措施

3.1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段

使用柱塞泵、馬達(dá)的閉式液壓系統(tǒng)，要嚴(yán)格控制系統(tǒng)使用油液的清潔度。為了保證軸向柱塞元件的功能，油液所需的清潔度至少為：按NAS 1638 9級；按ISO/DIS 4406 18/15。在液壓油溫很高時(shí)（90℃至最高115℃），需要清潔度至少為：按NAS 1638 8級；按ISO/DIS 4406 17/14。[4]在條件允許的情況下，設(shè)計(jì)初期盡量就確定采用清潔度有保證的二級過濾系統(tǒng)。在滿足設(shè)計(jì)性能的前提下，做到系統(tǒng)過濾越精，以保證油液清潔度越好，使整個(gè)液壓系統(tǒng)工作安全可靠，所有液壓元件使用壽命盡量延長。

3.2 液壓元件的試制裝配階段

嚴(yán)格控制產(chǎn)品入所的復(fù)驗(yàn)過程，確保產(chǎn)品質(zhì)量合格的前提下，檢查所有液壓元件的工作油口是否都是做好預(yù)密封的。所有預(yù)密封的油堵是否有松動(dòng)甚至脫落的現(xiàn)象。如果有松動(dòng)滲油現(xiàn)象，必須進(jìn)行松開油堵，檢查油道、油腔是否已被污染，確定沒有污染情況下，用水溶性清洗劑清洗油口密封面。如果出現(xiàn)油堵脫落現(xiàn)象，必須進(jìn)行液壓元件的規(guī)范的沖洗過程，確保所有液壓元件系統(tǒng)總裝前，是沒有被污染的。

總裝前，拆開包裝后，應(yīng)確保液壓元件的油堵沒有脫落的現(xiàn)象出現(xiàn)。油堵拆下后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)元件的總裝。盡量做到總裝到那個(gè)元件，再拆解相應(yīng)元件的包裝及相應(yīng)的油堵。杜絕總裝過程中，有異物進(jìn)入液壓系統(tǒng)管路里，造成系統(tǒng)的污染。

總裝后，如系統(tǒng)需要預(yù)注液壓油的，必須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求的油液清潔度去過濾油液后，再注入系統(tǒng)。千萬不要有新購進(jìn)的油都是清潔的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。

3.3 液壓系統(tǒng)的使用階段

車輛投入使用后，應(yīng)嚴(yán)格按照系統(tǒng)的使用維護(hù)說明進(jìn)行保養(yǎng)，按季節(jié)使用不用的油液，按車輛里程和使用期限，定期更換新的系統(tǒng)油液。確保系統(tǒng)里運(yùn)行的油液，清潔度都是符合設(shè)計(jì)要求的。杜絕因油液污染而導(dǎo)致車輛的故障出現(xiàn)。以故障車為例，冬季必須使用CD 10W/40甚至CD 5W/40油（嚴(yán)寒區(qū)），其它季節(jié)使用SF/CD 15W/40；車輛每行駛滿3000km，或者使用期間超過2年的，都必須進(jìn)行更換新的油液進(jìn)行保養(yǎng)。

4、結(jié)論

經(jīng)過對此批次故障車輛的處理，后續(xù)使用再也沒有出現(xiàn)類似故障。說明對此類故障定位準(zhǔn)確，解決方案有效。實(shí)踐證明，風(fēng)扇液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，油液污染是可控的。

油液污染控制貫穿于整個(gè)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、裝配、維護(hù)、保養(yǎng)等過程中，要求各級人員在每一步都要考慮到保潔措施，最大限度降低系統(tǒng)污染，確保液壓系統(tǒng)能夠安全、可靠、高效地運(yùn)行。這樣可以大大提高車輛工作的可靠性，同時(shí)對液壓元件的壽命也能大幅度的延長。因此，提高油液污染對液壓系統(tǒng)危害的認(rèn)識(shí)，是每一個(gè)從事液壓相關(guān)工作的人員必需具備的。

[1] 龔烈航.液壓系統(tǒng)污染控制[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，2010年6月.

[2] 張蕊,郭智勇.液壓系統(tǒng)油液污染對系統(tǒng)的影響[J]. 工程技術(shù), 2011年第4期.

[3] 邱裕.工業(yè)液壓潤滑系統(tǒng)的污染根源與控制[J]. 液壓與氣動(dòng), 2006年第10期.

[4] Rexroth Bosch Group. 行走機(jī)械用液壓及電子控制元件. RC 64017/08.01.

Research of Oil Contaminantion Control for Fan Hydraulic drive System

Xu Shihui, Tian Xiaoyan, Mai Jingdong, Liu Yan
( China North Vehicle Research Institute, Beijing 100072 )

A A fault of fan hydraulic drive system for a certain vehicle was analyzed, and then the damage to hydraulic drive system by oil pollution was evaluated. Some measures was taken to avoid the similar faults, which could served as technology conference for design of fan hydraulic drive system in the future.

oil pollution; double filter; clean degree

U463.22+1.6

A

A1671-7988 (2017)01-33-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.01.013

徐詩輝，就職于中國北方車輛研究所。