液压油污染控制与分析

-97-液压油污染控制与分析1211.5240912.571737【摘要】【关键词】【中图分类号】【文献标识码】【文章编号】（一）前言液压传动是以液体为工作介质来传递能量与信息的传动方式。在目前四大类传动方式(机械、电气、液压、气压)中，液压传动的优点是非常明显和突出的，因而得到国内外各行各业的普遍认可和广泛应用。作为传递介质和转换能量并进行控制的液压传动的工作介质，同时起着润滑、密封、防锈和冷却等作用的液压油，其品质好坏、性能稳定与否，将直接影响着整个液压系统能否可靠、有效地工作。在液压系统的诸多故障中，油液污染是主要因素之一，常有“70%的故障是来自液压油”之说[1]。因此，分析油液污染原因及其危害，并寻求解决、控制的措施，对保证设备稳定运行、延长元件使用寿命具有十分重要的意义。（二）液压油污染的原因及危害液压油的污染物是指混杂在液压油中对系统和元件有害的各种物质和能量。这些污染物主要从以下途径产生：1.水分。水分主要来自潮湿的空气和外界的淋入。油中含有水分，水在液压系统中就是有害物质，即污染物。水对液压系统造成的危害很大，可表现为以下几个方面：（1）水与油液中的金属硫化物等作用产生酸性物质，对元件产生腐蚀作用；（2）与油液中某些添加剂作用产生沉淀物和胶脂等有害物，加速油液的劣化变质及对阀芯产生粘滞，也会使过滤器的滤芯产生堵塞；（3）使油液乳化，降低油液的润滑性能；（4）低温工作条件下，水会结成冰粒，堵塞控制元件的间隙或小孔。油中含水量越大，对液压系统的危害就越大。对一般的液压系统，要求油液含水量不高于0.03%[2]。2.空气。造成空气污染的原因主要有以下几个方面：（1）吸油管密封不良或油箱泄漏造成滤油网外露，泵在吸油时吸入大量的空气；（2）蓄能器气动系统串气、漏气；（3）当系统停止运行时，局部漏油形成真空，外部气体受大气压作用从密封不严处渗入；（4）油压突然下降时，原溶于油中的空气很快释放，形成泡沫进入循环。空气存在于液压系统中是十分有害的。常见空气存在于液压油中的形式有溶解、悬浮和游离。空气混杂于液压油中，可能使液压元件局部产生气蚀，同时伴随着冲击和噪声发生；由于液压油中含有空气，液压油的体积模量会减小，液压系统的刚性就会减小，功率损失加大，造成效率降低、润滑条件恶化，驱动系统压力不足和软操作，反映迟缓；油中气泡瞬间压缩还会使气泡温度急剧升高，引起油温升高、加速油液氧化；空气还会加剧液压元件表面的氧化作用，引起油品劣化变质。3.固体颗粒污染物。固体颗粒污染物是液压油中昀常见、昀主要的污染物，固体污染物由三个渠道生成：（1）外界浸入的污染物，例如油箱、管道、阀等元件，它们在外界环境下工作，灰尘、砂粒等不可避免地会侵入液压油中形成固体颗粒污染物；（2）残留污染物，液压元件和系统在制造装配过程中，由于清洗不彻底，铸件、焊件等残留物就会成为液压油中的固体颗粒污染物；（3）生成污染物，是指液压系统在工作过程中不断生成的有害颗粒。例如液压元件不断磨损，就会产生固体颗粒而成为污染物。固体颗粒污染物的存在会降低油液的理化指标，使泵、马达的滑动部分及阀运动副表面划伤、磨损(产生新的污染物)、配合间隙大，加剧泄漏，导致其性能下降，还会造成阀口和滤芯的堵塞，产生噪声导致失效。4.化学污染物。液压系统中的化学污染物主要有溶剂、液压油分解后的沉淀物、表面活性化学物和化学杂物。氯化溶剂通过系统中水解成盐酸，侵蚀金属表面，形成锈斑，使油液污染。油中分解沉淀物是油在高温作用下，氧化作用产生树脂状颗粒、元素硫和羧酸等，遇水产生硫酸，硫酸对金属表面有强烈的腐蚀作用。表面活性化学物作为清洁剂，可清洁元件和系统的表面污垢和水。但它对系统也有不利的一面，也可成为化学污染物。化学杂物是指在不同成分的油液互相掺杂时，它们之间可能会产生化学反应，形成一种透明膜状物质。当液压油受到高温作用时，会产生一种灰黑色颗粒状物质，影响金属表面之间的磨损和摩擦作用。5.微生物。水是微生物生长的条件，由于液压油中含有水分，就会使微生物迅速繁殖和生长。微生物的存在使液压油的粘度增加，大量微生物的活动会使液压油变为混浊，产生异味，导致液压油的寿命缩短，金属表面粗糙度提高，缩短过滤装置的寿命。对于高水基液压油来说，微生物的污染更应引起注意。6.能量形式的污染。液压系统内热能、静电、磁场、辐射等能量的存在，同样会对系统产生影响，然而这种污染是以能量的形式存在的。例如热能能使液压油粘度下降，长期高温会使液压油变质、金属变形、密封装置中的橡胶材料遭到破坏。静电可使液压油中挥发出来的碳氢化合物燃烧，还可使过滤器的滤芯表面吸附部分颗粒，降低过滤效果。磁力作用会使污染物吸附在元件的小孔和间隙中，造成元件的堵塞、卡紧。辐射会使液压油的粘性、酸性、起泡性、闪点、【收稿日期】【作者简介】-98-氧化稳定性等发生变化，元件中的橡胶、塑料、树脂制品也会受辐射造成不同程度的破坏。（三）液压油的污染控制液压油液污染的原因很复杂，且油液自身又在不断产生脏物，因此要彻底解决液压油液的污染问题是很困难的。为了延长液压元件的寿命，保证液压系统可靠地工作，将液压油的污染度控制在某一限度内是较为切实可行的办法。液压油污染主要从五个方面来控制：1.控制残留污染物（1）元件。元件在加工过程中，不可避免地会有一些残留物，如铁屑、毛刺、砂子、绵纱纤维等留在元件内。每一道加工工序后，元件都应采取净化措施，而元件装配后，都必须经过严格的清洗和检验，以达到清洁度的要求。（2）管道及油箱。所有管道及油箱，在加工安装过程中，也可能残留污染物，因此在组装之前必须采取净化措施。通常是用机械方法清除残留污染物，然后进行酸洗，彻底去除表面氧化物。酸洗过程可采取如下步骤：1）采用四氯化碳作为脱脂剂进行脱脂处理；2）用盐酸和马洛托品的水溶液作为酸洗液进行酸洗；3）用稀释的氨水作中和处理；4）用亚硝酸钠作钝化剂，用氨水稀释作钝化处理；5）用压力水冲洗；6）干燥及喷涂液压油于表面，以防锈蚀。（3）液压系统。液压系统安装完毕之后，还要对其进行全面清洗，以消除在组装过程中侵入的污染物。清洗的方法是：采用今后液压系统将要用的液压油作为清洗液，尽量用大流量，在系统中安装高性能的过滤器，同时要敲击各焊接口和连接部位，每隔一定时间取样分析，以评定系统的清洗度。2.控制外界侵入污染物液压系统工作时，会有外界的污染物进入系统，如油箱的呼吸孔、液压缸的活塞密封部分。油箱的呼吸孔必须装上高效能的空气滤清器，以防止空气中的污染物进入系统；经常检查吸油管处油面高度，保持管接头的良好密封，防止空气进入。在注入新油时，要注意新油必须经过过滤后才能注入油箱。新油的污染问题往往易被人忽视。事实上，新油在分装、运输和储存过程中，经过多次转换，油液接触的油罐、油管等会有油品干扰及一些金属和橡胶颗粒进入油液。油罐的通气装置有故障时，来自空气中的水分、气体、灰尘等污染物也会进入油液，造成污染，其污染度往往超过其允许范围。因此，一定要把新油经过精过滤车或静电滤油机后才能注入液压油箱。液压缸的活塞杆因其伸缩往往裸露在空气中，污染物不断侵入活塞杆，而活塞杆的密封防尘装置是唯一防止污染物进入油缸的通道。因此，液压缸的活塞密封防尘装置的性能对控制液压缸的污染水平起着十分重要的作用。除了要按照设计要求正确选择和安装密封元件外，在工作环境恶劣的场合，对活塞杆的外露表面应设置防尘伸缩罩或金属护罩，并且经常检查密封元件是否损坏，损坏后应及时更换。3.控制液压系统内的污染液压系统在工作时，其内部不断产生污染物，如元件磨损和油液氧化变质产物。为了保证系统和元件正常工作，保持系统和元件的工件寿命，必须采取有效的净化措施清除油液中的各种污染物，以保持油液必须的清洁度。根据不同的污染物和对油液净化的要求，可采用不同的净化方法。下面介绍几种主要的净化方法：（1）过滤。是目前液压系统中应用昀广泛的油液净化方法，它主要用于滤除油液中的各种固体颗粒污染物，通过在液压系统中安装过滤器来实现。根据过滤器在系统中的安装位置不同可分为三种：1）吸油路过滤。在液压泵的吸油路上安装过滤器，主要是防止泵在吸油时同时吸入污染物。2）压油路过滤。在压力油路中装设过滤器主要作用是保护除液压泵以外的其它元件，系统的全部流量都经过过滤器，它不能滤除外界侵入的污染物。3）回油路过滤。在回油路中安装过滤器是比较理想的，因为系统中产生的污染物以及外界侵入的污染物，在回油箱之前，先经过过滤器将污物清除，为液压泵提供了清洁的液压油。（2）静电净油。由于受过滤介质结构和特性的限制，目前过滤器昀高精度一般为3μm左右，要进一步提高过滤精度是困难的。而采用静电净油则可以去除油液中1μm以下的颗粒污染物，甚至小到0.005μm的微小颗粒，而且捕集效率基本上不受颗粒尺寸大小的影响。近年来，静电净油在国内外受到普遍重视，是一种有广阔应用前景的净油方式。（3）真空净油。主要用于去除油液中的水分、空气和挥发性有害物质，其原理是利用油和水的饱和蒸气压的差别使水从油液中分离出来，可得到含水量很低的油液。（4）吸附脱水。真空脱水虽然效果较好，但其成本高，且不能在线进行，而吸附脱水则可以克服其缺点。过去吸附脱水常用的吸附材料为白土、沸石、纸纤维等，这些材料对水分的吸收倍数低且易表现活性。近年来开发出一种新型吸附材料——高分子吸水性树脂，它是一种交联密度很低的，不容于水的高水膨胀性的高分子化合物，具有相当于自身数十倍及至数百倍的吸水性能，以及吸水后凝胶强度高和加压也不脱水的高保水性能，且价格低廉。高分子吸水性树脂可用于液压油在线过滤脱水，滤芯成本低，过滤装置简单，脱水效果好，在农、医、卫生、食品等方面已得到了广泛应用。4.控制液压油的温度液压油工作温度过高对液压装置不利，油液本身也会加速氧化变质，产生各种生成物，缩短它的使用期限。一般液压系统的工作温度昀好控制在65℃以下，机床液压系统还应更低些[3]。5.污染换油液压油在使用过程中由于受机械、物理和化学的作用，其性能会逐渐劣化。当油液主要性能劣化到对系统有危害作用的程度时，必须更换油液。目前，油液更换通常采用以下几种方式：1）定期更换；2）根据经验和对油样的观察来确定是否换油；3）规定换油指标，根据油样化验结果确定是否换油。前两种方式虽然简便，但不够科学合理，第3种方式既能充分利用液压油，又能保证液压设备的工作可靠性和寿命，在条件许可的情况下应尽量采用。（四）结束语随着科学技术的飞速发展和现代化机械设备技术性能的不断提高，液压控制系统在工业自动化中起着越来越重要的主导地位。因此，液压设备一旦发生故障所造成的危害和损失也就越来越严重。如何有效地降低液压故障发生的可能性，成为当前工程技术人员的首要任务，这也凸显了液压油污染控制的重要性。只有很好地控制液压油的污染，才能更好地控制液压设备故障的发生，确保现代工业自动化生产线的稳定运行。【参考文献】