液壓油污染原因、危害及如何防治

本文簡(jiǎn)介了液壓油污染的原因、危害、防止及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

液壓系統(tǒng)的故障至少有75%以上是由于液壓油的污染所造成的。液壓油的污染使液壓系統(tǒng)產(chǎn)生故障或損壞的形式有以下幾種類型：

1）性能不穩(wěn)定      2）性能惡化       3）元件損壞

液壓油被污染會(huì)大大降低了液壓系統(tǒng)工作的可靠性和壽命，耗費(fèi)油液造成經(jīng)濟(jì)損失。因此，了解與研究油液污染的原因，對(duì)油液污染加以控制是十分必要的。

1.液壓油污染的原因

   液壓油的污染主要是由外部原因和內(nèi)部原因造成的。

外部原因是指固體雜質(zhì)、水分、其它油類及空氣等進(jìn)入系統(tǒng)。

內(nèi)部原因是指除了原有的新油液帶來(lái)的污染外，在使用過(guò)程中運(yùn)動(dòng)的零件磨損和液壓油的物理化學(xué)性能的變化。

   由于雜質(zhì)侵入液壓油的方式不同，液壓油的污染可分為三種類型，如表1所列：                  表1

1.1潛在污染

自制的零件在加工、裝配、試驗(yàn)、貯存、運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程中，鑄造型砂、切屑、磨料、焊渣、銹片、涂料細(xì)片、橡膠碎塊及灰塵等有害物質(zhì)在液壓系統(tǒng)開始工作之前，就已潛伏在系統(tǒng)中，同樣，在外購(gòu)件中也會(huì)潛伏著上述污染物。

1.2侵入污染

液壓系統(tǒng)在工作過(guò)程中，外來(lái)污染物（如灰塵、潮氣、異種油等）可經(jīng)油箱通氣孔和加油口侵入系統(tǒng)，如通過(guò)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞桿、注入系統(tǒng)中的油液、油箱中流動(dòng)的空氣、濺落或凝結(jié)的水滴、流回油箱中的漏油等使污染物侵入系統(tǒng)中，造成污染。

一般認(rèn)為，新購(gòu)進(jìn)的液壓油是清潔的。其實(shí)不然，如容器的漆料和鍍層、注油軟管的橡膠、以及大氣中的灰塵等均可進(jìn)入油液。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定新購(gòu)進(jìn)的液壓油，用100目銅絲網(wǎng)過(guò)濾后取樣測(cè)定，每100mL油液中有5μm以上的顆粒物3萬(wàn)至5萬(wàn)個(gè)。這樣的油僅能用于一般的液壓系統(tǒng)，不能用于液壓伺服控制系統(tǒng)。

如用手工加油，將會(huì)使系統(tǒng)污染增加4-7倍。同時(shí)在裝配、修理時(shí)，容易使灰塵、棉絨等侵入液壓系統(tǒng)中。          

1.3 再生污染

再生污染是指液壓油在液壓系統(tǒng)工作中生存的污染物。如零件的殘銹、剝落的漆片、運(yùn)動(dòng)件和密封材料的磨損顆粒、過(guò)濾材料脫落的顆?；蚶w維等。

液壓油發(fā)生物理、化學(xué)、生物變化的生成物，使金屬腐蝕產(chǎn)生顆粒銹片等均可造成再生污染。液壓油在高溫高壓作用下，由于水分、空氣、銅、鐵等介質(zhì)作用而生成氧化物、樹脂油垢等污染物。

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2. 液壓油污染的危害

污染是液壓系統(tǒng)的主要危害，污染物混入液壓系統(tǒng)后會(huì)加速零件的磨損、研傷燒傷甚至破壞，引起液壓元件性能早期下降，液壓系統(tǒng)產(chǎn)生故障。由此可見(jiàn)，污染造成的后果是嚴(yán)重的。其危害有：

2.1 對(duì)系統(tǒng)工作性能的影響

由于液壓油中的污染物部分或全部堵塞了液壓元件的節(jié)流孔或縫隙，就改變了液壓系統(tǒng)的工作性能，引起動(dòng)作失調(diào)，甚至系統(tǒng)*失靈。如壓力閥的壓力產(chǎn)生隨機(jī)漂移。當(dāng)污染物顆粒嵌入閥芯滑動(dòng)面間，使移動(dòng)阻力增大，反應(yīng)遲鈍，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度變慢，嚴(yán)重時(shí)閥芯被卡牢。

在液壓油固體污染物中，金屬顆粒約占75% ，塵埃約占15% ，其他雜質(zhì)如氧化物、纖維、樹脂等約占10% 。磨損使閥的泄漏增加，造成控制閥流量放大系數(shù)及控制靈敏度下降，使泵、馬達(dá)、液壓油缸的容積效率降低，控制系統(tǒng)剛性減小等。

2.2 對(duì)液壓元件的影響

液壓元件工作性能的下降與顆粒污染物的數(shù)量、大小、形狀、密度和硬度等有關(guān)。其中數(shù)量、大小、硬度起主要作用。

液壓油中固體顆粒污染物使泵的運(yùn)動(dòng)件表面磨損加劇，刮傷、咬死，泵的效率降低，故障頻繁壽命縮短。如某注塑機(jī)的葉片泵產(chǎn)生噪聲大、溫升高和壓力波動(dòng)大等故障。經(jīng)分解檢查，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子端面、配油盤磨損嚴(yán)重，定子工作面則*磨壞。

閥類元件的共同特點(diǎn)是閥芯和閥體配合精密，間隙很小，帶有硬度的固體顆粒物一旦嵌入滑動(dòng)面中，使閥芯移動(dòng)困難或卡牢，磨損加劇閥口密封被破壞而產(chǎn)生故障。伺服閥污染敏感性試驗(yàn)表明：每100mL油液中，直徑1- 5μm的顆粒超過(guò)25-500萬(wàn)個(gè)時(shí)，伺服閥將*失去功能。

液壓油中固體顆粒污染物會(huì)加速液壓油缸密封裝置的損壞，使缸運(yùn)動(dòng)表面拉傷、磨損、導(dǎo)致內(nèi)外泄漏增加，推力不足或動(dòng)作不穩(wěn)定，爬行、速度下降，產(chǎn)生異常的響聲與振動(dòng)等故障。

液壓油污染到一定的程度后，會(huì)引起濾油器網(wǎng)眼堵塞，液壓泵吸油困難而產(chǎn)生氣蝕、振動(dòng)和噪聲。堵塞嚴(yán)重時(shí)，會(huì)因壓力降過(guò)大而將濾網(wǎng)擊穿，*喪失過(guò)濾作用，造成惡性循環(huán)。

3.液壓油油劣化變質(zhì)對(duì)元件的影響

   液壓油劣化變質(zhì)后粘度和防銹性能降低，油液乳化，消泡性降低，低溫流動(dòng)性變差，有效使用時(shí)間縮短。引起液壓油變質(zhì)的原因很多，如蒸發(fā)、氧化、污染、混入異種油等。其中氧化是主要的因素，而節(jié)流口棱邊發(fā)熱，工作油溫太高是液壓油氧化的重要原因。系統(tǒng)工作油溫達(dá)到65OC以上時(shí)，液壓油的氧化速度加快。油溫每增加10OC ，氧化作用增加一倍。另外油中混入水分或異種油都會(huì)引起油液變質(zhì)。

   變質(zhì)后的液壓油對(duì)元件的機(jī)械效率、容積效率等性能以及壽命等都有很大影響。例如，褐色膠狀懸浮物會(huì)把節(jié)流（阻尼）孔堵死或使閥芯膠著，使動(dòng)作失靈。

4.液壓油的污染控制途徑

4.1減少潛伏的污染

1）嚴(yán)格檢查元件的清潔度。包括：泵、閥、液壓缸、高壓軟管等外購(gòu)件，必須向供貨商提出明確要求，在運(yùn)輸和保管過(guò)程中，所有的油口都必須加蓋密封，防止污物侵入。

2）裝配前所有的元件和輔件必須仔細(xì)清洗，清洗干凈后，用塑料膠帶封閉所有油口。

3）加強(qiáng)液壓油的管理，液壓油進(jìn)廠必須進(jìn)行取樣檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格的油還需再過(guò)濾，才能注入油箱。

4.2 防止侵入污染

1）防止環(huán)境污染，裝配車間要遠(yuǎn)離有灰塵作業(yè)的環(huán)境，有條件的裝配車間能充壓，使室內(nèi)壓力略高于室外，以防止大氣中的顆粒物污染。

2）采用“濕加工，干裝配”法。所有零件裝配前都要進(jìn)行清洗，然后用壓縮空氣吹干，再進(jìn)行裝配。

3）液壓元件要進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)。要進(jìn)行加載、高壓跑合和清洗。在試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)中，應(yīng)設(shè)多級(jí)過(guò)濾，勤清洗，當(dāng)液壓油超過(guò)使用界*，應(yīng)及時(shí)換油。

4.3 防止再生污染

再生污染是液壓油在系統(tǒng)工作過(guò)程中生成的污染，主要有運(yùn)動(dòng)副磨損的微粒、零件的殘銹、駁落的漆片和液壓油變質(zhì)等。為有效防止再生污染，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)臑V油器。

4.4 液壓油變質(zhì)的控制

   由于液壓油變質(zhì)所引起的故障和控制措施，如表2-表8：

表2：粘度變化引起的故障

表3：防銹性能變化引起的故障

 表4：消泡性能變化引起的故障

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                        表5：抗乳化性能變化引起的故障

 表6：潤(rùn)滑性能破壞后引起的故障

表7：液壓油污染度變化引起的故障

 表8：劣化及低溫流動(dòng)性變化引起的故障

總之，油液的污染會(huì)給系統(tǒng)造成多方面的故障。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)控制油的污染非常重視，從多方面采取措施，制定了污染度的標(biāo)準(zhǔn)和等級(jí)，開發(fā)了相應(yīng)的儀器和新型濾油器，使伺服閥的壽命提高了數(shù)倍。為防止侵入性污染，開發(fā)了密閉式油箱，在油箱中裝特殊的永磁體，以吸收混入油中的鐵粉雜質(zhì)。

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5.液壓油污染標(biāo)準(zhǔn)

    液壓油的污染程度及能否使用，必須有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)和檢驗(yàn)方法。目前，我國(guó)尚未發(fā)布油液污染度的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。上多采用NAS“美國(guó)宇航標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)”和ISO“標(biāo)準(zhǔn)化組織”發(fā)布的污染度標(biāo)準(zhǔn)。

液壓油的污染用污染度等級(jí)來(lái)表示，它是指單位體積工作介質(zhì)中固體顆粒污染物的含量，即工作介質(zhì)中所含固體顆粒的濃度。為了定量描述和評(píng)價(jià)工作介質(zhì)的污染程度，現(xiàn)將標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO4406標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的污染度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)列表如下，見(jiàn)表9： 

                           表9：ISO4406污染度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

 由表9可知，ISO4406規(guī)定的污染度等級(jí)，根據(jù)顆粒濃度的大小共分為26個(gè)等級(jí)，顆粒濃度愈大等級(jí)代碼數(shù)愈大。

ISO4406規(guī)定工作介質(zhì)的污染度，用兩組等級(jí)代碼及中間一條斜線組成，前面一組代碼代表1毫升（mL）工作介質(zhì)中尺寸不小于5微米（μm）的顆粒數(shù)等級(jí)，后面一組代碼代表1毫升（mL）工作介質(zhì)中尺寸不小于15微米（μm）的顆粒數(shù)等級(jí)。

例如：污染度等級(jí)代碼為18/15的液壓油，它表示該液壓油每毫升內(nèi)不小于5微米（μm）的顆粒數(shù)在1300 – 2500之間，不小于15微米（μm）的顆粒數(shù)在160 – 320之間。

為了嚴(yán)格和有效控制液壓系統(tǒng)的清潔度，以保證液壓系統(tǒng)的工作可靠性和液壓元件的使用壽命，國(guó)家相關(guān)行業(yè)制定了典型液壓元件和液壓系統(tǒng)清潔度等級(jí)要求，見(jiàn)表10。

表10典型液壓元件清潔度等級(jí)

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 6.液壓油污染的檢測(cè)方法

1）血球計(jì)數(shù)法

   這是一種比較經(jīng)濟(jì)的測(cè)定方法，一般只需測(cè)四次，準(zhǔn)確度可達(dá)95% 以上。測(cè)定值按NAS1638或ISO4406污染度標(biāo)準(zhǔn)，確定污染度級(jí)別。

2）重量法

   用每100ml油液中允許的顆粒重量表示，即（mg/100ml）。測(cè)定的方法是將100ml的油，經(jīng)0.45μm孔徑的薄膜過(guò)濾，然后烘干，用天平秤出薄膜的增量部分，再根據(jù)NAS1638污染度標(biāo)準(zhǔn)，確定污染度級(jí)別。

                            表11 NAS1638污染度標(biāo)準(zhǔn)

3）液壓油污染的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

                 表12 液壓油污染程度的判別與處理措施

4）自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)法

   此方法具有簡(jiǎn)便、快速、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，故獲得廣泛的應(yīng)用。普洛帝的PLD-0201液壓油顆粒度檢測(cè)儀具有比較完整的功能，除了自動(dòng)取樣器、多種規(guī)格的傳感器、PLD0201主機(jī)和自動(dòng)打印機(jī)等配套設(shè)施。PLD0201可滿足的標(biāo)準(zhǔn)有：NAS1638和ISO4406、GJB420、GJB380、DLT1096、GB/T18854基本上可以滿足一般使用油液污染度檢驗(yàn)時(shí)，對(duì)液壓油清潔度的要求。

   除上述檢測(cè)方法外，還有顯微鏡顆粒計(jì)數(shù)法、鐵譜分析法等。

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