液壓油的污染及污染控制

尚哲

摘 要：本論文從液壓系統(tǒng)故障原因大多為油污染所致，重點(diǎn)闡述了如何合理選擇液壓系統(tǒng)用油，分析造成污染的原因和控制污染的措施以及液壓油污染度的檢測(cè)。目的是使大家能正確使用和操作液壓設(shè)備，確保主體生產(chǎn)設(shè)備的正常運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：液壓油；污染控制；污染的檢測(cè)

1 液壓油的合理使用

液壓系統(tǒng)中的液壓油要具備三種主要基本功能，即傳遞動(dòng)力、潤(rùn)滑相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件以及帶走系統(tǒng)內(nèi)所產(chǎn)生的熱量等。此外，還要有防銹、防腐、抗磨性、消泡等作用。因此對(duì)油液性能，如粘度、粘溫指數(shù)、體積彈性模量、抗磨性、流點(diǎn)、可燃性、氧化穩(wěn)定性等等均有具體要求。通常以液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境和工作條件以及經(jīng)濟(jì)性選擇不同類型、不同牌號(hào)的液壓油。

如液壓系統(tǒng)中有油泵、各種閥類、油缸或油馬達(dá)，其中以油泵運(yùn)轉(zhuǎn)速度最快，壓力大，溫度高，所以油泵是系統(tǒng)中的主要部件，一般根據(jù)油泵的要求選擇液壓油的粘度及抗磨性等。

冶金工廠的有些設(shè)備工作環(huán)境靠近熱高溫區(qū)且有明火，因此這種場(chǎng)合較多使用抗燃液壓油。一般冶金設(shè)備負(fù)荷較大，冷區(qū)設(shè)備液壓系統(tǒng)大多使用抗磨液壓油。工程機(jī)械工作環(huán)境十分惡劣，氣溫變化較大，所以其液壓系統(tǒng)用油應(yīng)具有良好的抗磨性、粘溫性以及良好的抗氧化穩(wěn)定性和低溫起動(dòng)性能等，常使用抗磨液壓油或低溫液壓油。

機(jī)床液壓系統(tǒng)對(duì)油液的要求有以下幾種情況：高壓系統(tǒng)宜用抗磨液壓油；數(shù)控機(jī)床具有電脈沖馬達(dá)的開環(huán)系統(tǒng)宜用數(shù)控液壓油；而具有電液伺服閥的閉環(huán)系統(tǒng)則要求使用清凈液壓油。由此可見，液壓系統(tǒng)用油是需經(jīng)多方因素考慮選擇的且有一定規(guī)律。但是長(zhǎng)期以來，我國(guó)液壓系統(tǒng)用油一直比較隨便，不少液壓系統(tǒng)仍采用機(jī)械油作為傳遞壓力介質(zhì)。由于機(jī)械油的氧化穩(wěn)定性、消泡性和粘溫性能較差，容易生成粘稠膠質(zhì)，堵塞元件，產(chǎn)生泡沫，使壓力和流量不穩(wěn)定，造成液壓設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)不正常，元件磨損，使用壽命縮短等嚴(yán)重問題。

2 液壓油的污染及污染控制

液壓油的污染是造成液壓系統(tǒng)故障的主要原因，而因液壓系統(tǒng)事故造成連續(xù)生產(chǎn)線的全線停產(chǎn)以及設(shè)備、人身事故這類事例也屢見不鮮。因此，為使液壓系統(tǒng)和各種元件達(dá)到所要求的可靠性和使用壽命，必須對(duì)液壓油進(jìn)行適度的污染度控制。下面就液壓元件制造、液壓系統(tǒng)安裝以及操作使用過程中的污染及相應(yīng)的控制方法分析如下。

2.1 油液運(yùn)輸儲(chǔ)存與污染控制

油液在運(yùn)輸和儲(chǔ)存中會(huì)因長(zhǎng)期保存而氧化產(chǎn)生顆粒污染物，或者因?yàn)槭⒂偷娜萜鞅旧聿粷崈舳廴居鸵?。因此，認(rèn)為新油本身是潔凈的而不需經(jīng)過濾直接加入系統(tǒng)的做法是錯(cuò)誤的。正確的做法是：對(duì)新到的油液抽樣進(jìn)行化驗(yàn)分析，確認(rèn)其理化性能以清潔度可以使用。其次對(duì)油箱作徹底清潔，再用符合液壓系統(tǒng)精度要求的油過濾器過濾后將油液加入油箱。

2.2 液壓元件制造出廠前的污染控制

液壓元件制造工序復(fù)雜，通常要經(jīng)過鑄造、清砂、粗加工、磨削、精磨、組裝、試驗(yàn)等工序。我國(guó)的液壓元件專業(yè)生產(chǎn)廠對(duì)零部件每道工序之后均有嚴(yán)格的清洗制度和方法。元件組裝還常在接有清凈沖洗油的工作臺(tái)上進(jìn)行，組裝后經(jīng)檢驗(yàn)合格后防銹包裝出廠。問題是出廠的元件要逐個(gè)在試驗(yàn)臺(tái)作檢測(cè)，試驗(yàn)臺(tái)的油液又流經(jīng)被檢測(cè)件的內(nèi)腔，所以用油的污染度將直接影響液壓件的清潔度。而在試驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)的元件正處在最初運(yùn)行階段，零部件各摩擦面上掉下的固體顆粒較多、較快，是污染油液的高峰期，必然加速油箱內(nèi)的油液污染。因此液壓試驗(yàn)臺(tái)的油液必須采取定期沖洗、換油以及采用旁通路循環(huán)過濾凈化的辦法有效控制油液污染度，以確保元件不在試驗(yàn)階段損壞并保證出廠元件的清潔度。

2.3 液壓系統(tǒng)安裝、維修過程中的污染及控制措施。

液壓系統(tǒng)安裝，特別是配管施工工序較多，從管子加工，包括管子切割、打坡口、彎管到管子焊接、組裝，施工中難免有砂粒、切屑物、磨料、焊渣、銹片、纖維和塵埃等侵入系統(tǒng)。但只要認(rèn)真對(duì)待每道施工工序，嚴(yán)格按施工規(guī)程施工，系統(tǒng)組裝后再經(jīng)酸洗、油沖洗是完全可以保證系統(tǒng)的清潔度要求的。

管道加工時(shí)管子切割應(yīng)使用鋸斷或管刀切斷并去除毛刺，嚴(yán)禁使用氧-乙炔火焰切割的方法。因?yàn)榛鹧媲懈铍y以使管子端面整齊劃一，而且還會(huì)將切割時(shí)的熔渣、飛濺物等熔粘在管子內(nèi)壁，而恰恰是此類熔渣、飛濺物往往是酸洗難以除去而直接影響沖洗的時(shí)間和質(zhì)量。在使用插入式焊接接頭或法蘭時(shí)要特別注意。因?yàn)榇祟惤宇^與管子外壁、管端均有間隙，一旦顆粒污染物進(jìn)入縫隙中就可能給今后使用造成隱患。所以管子切割后的管端面應(yīng)盡可能同管子軸線垂直，并去掉毛刺及飛邊，以保證管子端面同管接頭內(nèi)平臺(tái)接觸良好，將間隙控制在最小，減少污染物棲身場(chǎng)所（見圖1）。

液壓管道焊接在冶金部標(biāo)準(zhǔn)YBJ207-85規(guī)定：管子對(duì)接焊接必須使用氬弧焊或氬弧焊作底層焊后再用電弧焊成型。我們?cè)谝簤汗艿朗┕ぶ芯鸵褔?yán)格按此規(guī)定實(shí)施，而且對(duì)插入式焊接接頭的角焊縫都采用氬弧焊打底焊，對(duì)法蘭里口規(guī)定用氬弧焊接，以杜絕污染顆粒棲身地。實(shí)踐證明這是行之有效的辦法。另外對(duì)于焊接后不再酸洗的管子焊接，必須在焊接時(shí)管內(nèi)充保護(hù)氣體（氬氣），以防管內(nèi)產(chǎn)生氧化物造成管內(nèi)污染。但是，應(yīng)該指出，有些液壓元件制造廠組裝出廠的液壓泵站以及有些設(shè)備制造廠配制的液壓配管，施工及不規(guī)范，采用電弧焊直接焊管子，管子酸洗不好，裝置內(nèi)污染十分嚴(yán)重就出廠了，這種對(duì)用戶不負(fù)責(zé)任的事情應(yīng)當(dāng)加以制止。

此外，管子施工中，對(duì)于采用螺紋連接纏繞密封帶時(shí)，應(yīng)在管端留出兩扣，以防密封材料進(jìn)入管內(nèi)。擦洗管內(nèi)壁或清洗油箱時(shí)要使用泡沫塑料或海綿，禁止使用纖維布，以防布纖維污染油液。

配管安裝好后，按傳統(tǒng)的辦法是將管子編號(hào)后拆除，進(jìn)行槽式酸洗，然后再組成回路作一次沖洗，之后二次安裝再作二次沖洗。這種辦法的缺點(diǎn)是費(fèi)工費(fèi)時(shí)，而且二次安裝時(shí)難免將污染物帶入管系內(nèi)，另外槽式酸洗容易因管內(nèi)有“空氣袋”而造成局部酸洗不徹底，因此油沖洗往往時(shí)間較長(zhǎng)，清潔度也較低。85年以來，我們已經(jīng)應(yīng)用在線循環(huán)酸洗的新工藝，速度快，質(zhì)量高，油沖洗時(shí)間短且精度高，油清潔度達(dá)到NAS 5級(jí)已不是件難事了。循環(huán)在線酸洗需要注意的是：酸洗回路組成要合理；脫脂要徹底，以保證酸洗效果；酸洗后的管子內(nèi)的水份必須排放徹底，以免殘留的水份和沖洗油發(fā)生乳化，造成新的污染。沖洗用油一般采用與液壓系統(tǒng)工作用油相同的油液，以防止沖洗油和工作油不相容而發(fā)生油變質(zhì)。油沖洗必須是油液在管內(nèi)形成紊流狀態(tài)，即要求較高的流速，以清洗掉系統(tǒng)內(nèi)的污物。

2.4 液壓系統(tǒng)使用中的污染及過濾凈化設(shè)計(jì)

液壓系統(tǒng)使用中，金屬表面的銹蝕、腐蝕物以及密封材料磨損等會(huì)產(chǎn)生顆粒狀污染物；過濾材料的顆?；蚶w維脫落，油箱油漆剝離等也會(huì)污染系統(tǒng)；油箱密封不好或密封好的油箱因“呼吸”作用，空氣中的塵埃也可能侵入系統(tǒng)；液壓缸活塞桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)也可能把外界的臟物帶入系統(tǒng)。這些污染物加上施工中遺留的顆粒污染物對(duì)液壓系統(tǒng)的影響是嚴(yán)重的。由于元件的某些精密間隙積聚了污染顆粒，致使摩擦增加動(dòng)作不靈敏，性能不穩(wěn)定，甚至?xí)l(fā)生污物阻塞，卡死相對(duì)移動(dòng)的部件，使之嚴(yán)重?fù)p壞系統(tǒng)而失控。如換向閥卡死不能換向、液控單向閥或液壓鎖失靈以致油缸不能準(zhǔn)確動(dòng)作、溢流閥卡死失靈致使系統(tǒng)壓力無法設(shè)定……此外，污染的顆粒還會(huì)導(dǎo)致元件內(nèi)要求嚴(yán)格的表面逐漸而持續(xù)地磨損，伴隨產(chǎn)生新的磨屑，繼續(xù)污染油液，造成“磨損連續(xù)式反應(yīng)”，加速元件損壞，加大系統(tǒng)的事故發(fā)生頻率。

為了有效防止污染物損害液壓元件，保護(hù)系統(tǒng)工作正常。通常油液凈化是采用機(jī)械式的油過濾器。過濾器一般安裝在油泵吸油管路、泵排油管路、系統(tǒng)回油路上或采用裝在溢流卸荷旁通管路以及采用獨(dú)立的旁回路過濾裝置。

在選擇過濾器型號(hào)及安裝位置時(shí)，應(yīng)考慮其工作壓力和流量以及對(duì)通過重要元件所要求油液的清潔度。一般安裝在油泵吸管上和泵排油管上的油過濾器流量與工作油泵輸出油量相同；在估算系統(tǒng)回油管路上的過濾器的流量時(shí)，必須考慮油液的壓縮性和因油缸有桿腔與無桿腔排油量不同而產(chǎn)生的流量變化，尤其在系統(tǒng)中使用蓄能器的場(chǎng)合，更要仔細(xì)計(jì)算蓄能器在油液釋放時(shí)油流量增加選擇合適的過濾器。為了保證油液的清潔度，保護(hù)液壓元件，應(yīng)當(dāng)根據(jù)液壓系統(tǒng)的要求不同，選用不同過濾精度的油過濾器（見表1）。

一般使用齒輪泵和葉片泵的系統(tǒng)吸油管路上設(shè)置粗過慮器，精度在100～200目（150微米～75微米）；柱塞泵對(duì)油的清潔度要求較高，常見用20微米過濾器精度的過濾器。有時(shí)為了彌補(bǔ)柱塞泵自吸能力較差的缺點(diǎn)，還配備專門的供油泵。排油管路上可設(shè)置精過濾器，其過濾器精度根據(jù)系統(tǒng)要求決定，一般為20～30微米。而進(jìn)入電液伺服閥前的精過濾器過濾精度達(dá)到3微米。此外，為確保電液伺服閥運(yùn)行可靠，在伺服閥內(nèi)油液進(jìn)入噴嘴擋板前，自身還有一道高精度的過濾設(shè)施（常用粉末冶金濾芯，精度在1～3微米）。系統(tǒng)回油管路上的過濾器承受壓力較低，可以使用較高精度的紙質(zhì)過濾器。有些系統(tǒng)總體要求清潔度高的場(chǎng)合，采用獨(dú)立的旁通回路濾油裝置，而且常常采用較高的過濾精度，也可使用活動(dòng)的精密濾油車，效果較好。有的液壓系統(tǒng)為吸附微細(xì)含鐵金屬磨損物，在油箱內(nèi)放置永磁塊，還有在主過濾器上接一個(gè)磁性塞。

2.5 防止水進(jìn)入系統(tǒng)

水是液壓系統(tǒng)常見的污染源之一。油箱中的水份蒸發(fā)為水蒸氣后將對(duì)油箱上部產(chǎn)生氣相銹蝕；油中的水會(huì)破壞油膜的連續(xù)性，降低油品的潤(rùn)滑性能；水份與油還會(huì)使油乳化或生成油污等污物促進(jìn)油液劣化。由于水份污染影響嚴(yán)重，一般液壓系統(tǒng)規(guī)定水份含量不得超過0.1%，精密設(shè)備要求更高些。

液壓系統(tǒng)混入水的途徑主要是油箱和冷卻器。在潮濕環(huán)境下的開放系統(tǒng)，大氣中的水份很容易通過呼吸閥進(jìn)入工作油。處理辦法一是加強(qiáng)油庫(kù)通風(fēng)改善環(huán)境條件，另外最好設(shè)法將呼吸閥通到干燥的大氣中。對(duì)于設(shè)有冷卻器的液壓系統(tǒng)，要特別注意冷卻器的滲漏。

3 液壓油污染的檢測(cè)

為了確保液壓系統(tǒng)工作的可靠性和延長(zhǎng)元件的使用壽命，除了合理使用液壓油，還要正確地進(jìn)行油液污染分析和可靠的污染檢測(cè)辦法，以做到經(jīng)濟(jì)合理地補(bǔ)充或更換油液。

目前，國(guó)際上常用美國(guó)航空與航天標(biāo)準(zhǔn)（NAS 標(biāo)準(zhǔn)）作為油污染檢測(cè)判定標(biāo)準(zhǔn)。分顆粒計(jì)數(shù)法和重量法兩種方法。顆粒計(jì)數(shù)法是以100毫升油液中含有大小不同顆粒的數(shù)量來分級(jí)表示（見表2）；重量法是以100毫升油液中含顆粒污染物的重量來分級(jí)表示（見表3）。我國(guó)現(xiàn)仍使用冶金部標(biāo)準(zhǔn)（YB207-85），并規(guī)定冶金工業(yè)液壓系統(tǒng)油污檢測(cè)采用顆粒計(jì)數(shù)法。通常液壓伺服控制系統(tǒng)要求油液的清潔度為NAS 5-7級(jí)，比例控制系統(tǒng)為NAS7-9級(jí)，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)為NAS 9-10級(jí)。稀油潤(rùn)滑系統(tǒng)油清潔度為NAS11-12級(jí)。工程機(jī)械液壓系統(tǒng)宜用NAS9-10級(jí)。

污染檢測(cè)前的油樣采集工作很重要，如取樣部位、時(shí)間，采用方法不當(dāng)就不能真實(shí)地反映油液的情況。取樣的部位同檢測(cè)的目的有關(guān)，分別說明如下：

（1）液壓系統(tǒng)安裝結(jié)束進(jìn)行系統(tǒng)循環(huán)沖洗時(shí)取樣，其目的是檢驗(yàn)新安裝系統(tǒng)（管子、閥件等）內(nèi)部的清潔度，所以通常在循環(huán)沖洗的狀態(tài)下，在回油管進(jìn)油箱前的回油過濾器前取樣；

（2）要掌握液壓系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)液壓油真實(shí)情況時(shí)，要在液壓泵、液壓缸等工作時(shí)，并且工作油溫度正常的狀態(tài)下進(jìn)行采樣。此時(shí)，如要調(diào)查油箱內(nèi)部及運(yùn)行中油液狀態(tài)，則應(yīng)從油箱中油液上部或中部取樣（一般油箱壁上設(shè)有取樣閥）；如果調(diào)查容易受污染影響的液壓元件前后的油液狀態(tài)時(shí)，則從該元件前后入口及出口取樣。

（3）要調(diào)查油箱底部沉靜狀態(tài)沉積物的性質(zhì)、數(shù)量、大小和含水量時(shí)，則應(yīng)在油液靜止二十四小時(shí)以上，從油箱底部排放閥處取樣。但不論哪種取樣方法都應(yīng)注意取樣點(diǎn)的清潔工作，一般取樣前先排掉少量油，以沖凈取樣口。另外就是取樣用瓶要采用干凈密封的玻璃瓶，并油樣上寫明液壓系統(tǒng)名稱、油液牌號(hào)、取樣時(shí)間等。

國(guó)外現(xiàn)在已很少使用重量法，并已經(jīng)逐漸使用簡(jiǎn)便、快速、準(zhǔn)確的自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)法。我國(guó)使用自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)法的單位不多，常用顯微鏡人工顆粒計(jì)數(shù)法，顆粒計(jì)數(shù)法需要幾個(gè)小時(shí)。當(dāng)然使用比較法檢驗(yàn)油樣需要有經(jīng)驗(yàn)的化驗(yàn)員來操作。此外，通過顯微鏡還可分辨污染物的種類，如金屬顆粒、纖維、橡膠、漆皮等。

常期連續(xù)使用的液壓系統(tǒng)或偶爾使用的液壓系統(tǒng)，還應(yīng)定期對(duì)液壓油的含水量、理化性能作測(cè)定，以保證系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

4 結(jié)束語

總之，液壓油的污染因素很多，對(duì)液壓系統(tǒng)的影響也很嚴(yán)重。但是只要我們真正認(rèn)識(shí)油液污染的危害性，認(rèn)真操作，合理使用和維護(hù)液壓油，相信一定會(huì)對(duì)液壓系統(tǒng)安全運(yùn)行發(fā)揮重大作用的。