王建國 劉 軍 杜冬雪

(中國第二重型機械集團公司設計研究院，四川 618000)

液壓傳動裝置由于其具有控制精度高、響應快、操作平穩(wěn)、易于實現(xiàn)輸出很大的作用力等特點。近年來，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，制約高壓液壓系統(tǒng)發(fā)展的一些關(guān)鍵技術(shù)取得突破，高壓液壓技術(shù)得以迅猛發(fā)展，使得液壓傳動技術(shù)廣泛應用于各類大型壓機。同時，液壓傳動設備又有其薄弱的方面，抗污染能力低是其中較為突出的弱點。據(jù)相關(guān)資料介紹，液壓系統(tǒng)70%～80%的故障是由污染的工作介質(zhì)造成的。由于污染，液壓元件的實際使用壽命往往比設計的壽命短。實踐證明，控制液壓系統(tǒng)的污染是提高系統(tǒng)可靠性和延長元件使用壽命的有效途徑。

1 液壓系統(tǒng)污染物的危害及原因分析

液壓系統(tǒng)中的污染物，是指混雜在工作油液中對系統(tǒng)可靠性和液壓元件壽命有害的各種物質(zhì)。按污染物狀態(tài)可分為三大類:固體顆粒、液體及氣體。油液污染可導致液壓系統(tǒng)失效，尤其是固體顆粒的危害最嚴重。

1.1 固體顆粒污染物的來源及危害

固體顆粒污染物主要來自大型壓機液壓設備的安裝、液壓裝置的生產(chǎn)制造、系統(tǒng)運行磨損和外界侵入，其形狀各異，沒有規(guī)則的外形。固體顆粒污染物混入液壓系統(tǒng)后會加速液壓零件的磨損、研損、燒傷甚至破壞。大顆粒的污染雜質(zhì)亦有可能堵塞住閥的控制節(jié)流孔或使液壓閥芯卡死，導致閥的動作失調(diào)甚至完全失靈，產(chǎn)生誤動作甚至造成事故。固體顆粒物在液壓缸內(nèi)會加速密封件的損壞，造成缸筒內(nèi)表面的拉傷，使油缸內(nèi)泄漏增大，造成油缸推力不足或者動作不穩(wěn)定、爬行、速度下降、產(chǎn)生異常的聲響與振動。

1.2 液體污染物的來源及危害

液體污染物主要是水，油液中水分的污染主要來源于熱交換器泄漏、密封失效、潮濕空氣的冷凝、意外滲水及溫度降低時，溶解水析出變?yōu)橛坞x水。水最大的危害是:腐蝕金屬表面;與添加劑作用產(chǎn)生膠質(zhì)引起閥芯粘滯和過濾器堵塞;還會使工作油液乳化變質(zhì)，使油液理化性能指標下降，縮短換油周期，增加設備運行成本。

1.3 氣體污染物的來源及危害

從大氣中混入油液的空氣溶入液壓油中，使油液體積彈性模量降低，這就會造成液壓系統(tǒng)剛性降低，壓機泄壓時振動沖擊加劇，噪聲增大;液壓缸在低速運行時容易產(chǎn)生爬行、抖動現(xiàn)象;使“氣蝕”現(xiàn)象加劇;引起同步平衡系統(tǒng)響應慢，影響同步平衡精度控制。

2 液壓系統(tǒng)油液清潔度等級標準和要求

為了評定油液污染的程度，必須采用相關(guān)的標準。目前國內(nèi)液壓行業(yè)普遍采用國際標準ISO4406—1999、美國國家宇航局制定的NAS1638標準和GB/T14039—2002 標準。這些標準互相并不矛盾，可以互相對照等效轉(zhuǎn)換，根據(jù)檢測單位的檢測方式，采用其中任意一種均可。

2.1 NAS1638 標準

它是以顆粒濃度為基礎，按照100 ml 油液中在給定的5 個顆粒尺寸區(qū)間內(nèi)的最大允許顆粒數(shù)劃分為14 個污染等級。最清潔為00 級，污染最高為12 級。

2.2 ISO4406—1999 國際標準

以1 ml 油液中的固體顆粒污染物的含量來劃分等級，采用3 個等級號碼來表示顆粒計數(shù)結(jié)果。這3 個等級號碼分別對應三種尺寸的顆粒總數(shù)，即4 μm，6 μm 和14 μm。它是以電子顯微鏡測量顆粒尺寸。

2.3 GB/T14039—2002 標準

(1)用自動顆粒計數(shù)器計數(shù)的代號:用三個代碼表示。第一個代碼表示≥4μm(c)總顆粒數(shù);第二個代碼表示≥6μm(c)總顆粒數(shù);第三個代碼表示≥14μm(c)總顆粒數(shù);

(2)用顯微鏡進行分析時，用兩個代碼表示。第一個代碼表示≥5μm 總顆粒數(shù);第二個代碼表示≥15μm 總顆粒數(shù)。

2.4 液壓系統(tǒng)清潔度等級要求

液壓系統(tǒng)是由各種液壓元件組成的，不同的液壓元件對油液的敏感程度不一樣，導致其有不同的油液清潔度等級要求，采用的過濾器精度也不同，見表1。

表1 過濾精度與油液清潔度等級Table 1 Various filter precision and oil cleanliness classification

3 大型壓機液壓系統(tǒng)油液清潔度的控制技術(shù)

3.1 系統(tǒng)油液的多重過濾控制

針對大型壓機液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成以及其系統(tǒng)的重要性，我們在系統(tǒng)中設置了多重過濾器，來保證系統(tǒng)中油液具有較高的清潔度，見圖1。

(1)加新油過濾控制

新買的液壓油，在裝罐、運輸、貯存過程中有可能生成膠體狀氧化物或吸入外界粉塵及潮氣，不一定是干凈的。因此，在給系統(tǒng)加新油時，加油管路上設置有高精度過濾器，防止污染物進入油箱。

(2)循環(huán)過濾油液

圖1 大型壓機油液清潔度控制框圖Figure 1 Block diagram of oil cleanliness control of heavy duty press

液壓系統(tǒng)在工作時，一方面，一些存在于液壓油缸及管路死角的臟物隨著工作時間的推移會慢慢回到油箱;另一方面，還有一部分臟物，是工作時各運動部位摩擦產(chǎn)生的固體顆粒污染物。這些污染物都會使工作油液的清潔度降低。因此，有必要設置單獨的循環(huán)過濾裝置，系統(tǒng)在工作時或非工作時，都可以將油箱中的油液進行連續(xù)過濾。由于該裝置采用高精度過濾器且10 min 左右可將油箱中的油液過濾一遍，從而保證了系統(tǒng)油液始終具有很高的清潔度。

(3)在線污染檢測儀

系統(tǒng)中設置有CS1000 型油液污染在線檢測儀。CS1000 污染檢測儀是固定的測量設備，其作用是使用光學測量元件持續(xù)地檢測液壓潤滑系統(tǒng)中的顆粒污染物。測量結(jié)果可以根據(jù)ISO4406—1999 作為污染代碼輸出。該污染檢測儀帶有一個模擬電信號輸出和一個用于輸出所測污染等級的RS485 接口。另外，它還可以在污染等級上升或下降時，向操作人員發(fā)出報警。

(4)壓力管路過濾控制

在壓力泵出口設置高壓過濾器，保證泵出口的壓力油是清潔的。液壓油從液壓泵壓力油口出來，經(jīng)過連接管路至控制閥，這段管路有可能使油液污染，因此，在靠近控制閥的管路上再設置一個高壓過濾器。這樣，使得進入液壓閥的油液經(jīng)過多重過濾，充分保證了系統(tǒng)油液的清潔度。

(5)液壓系統(tǒng)油溫控制

應注意控制系統(tǒng)的油溫，系統(tǒng)油液最佳溫度為40℃～50℃。一旦溫度達到120℃，油液氧化變質(zhì)而導致酸值提高的速度急劇增大，加劇油的氧化。大型壓機液壓系統(tǒng)采用冷卻水來自動控制油液工作溫度。

3.2 液壓系統(tǒng)在安裝過程中的污染控制

液壓管道是液壓系統(tǒng)的重要組成部分，液壓管道污染控制是保證液壓系統(tǒng)清潔度的一個重要內(nèi)容。管道采用氬弧焊，可防止焊渣、氧化鐵皮進入系統(tǒng)。管道須經(jīng)過酸洗、沖洗，必須確保所有管道沖洗達到設計要求的精度指標。

4 結(jié)束語

液壓系統(tǒng)油液清潔度的控制是保證大型壓機液壓系統(tǒng)可靠工作和延長液壓元件使用壽命的有效措施。本文分析了油液污染對液壓系統(tǒng)的危害，闡述了大型壓機液壓系統(tǒng)中采用的油液清潔度控制技術(shù)，實踐證明，采用液壓系統(tǒng)的多重過濾技術(shù)，完全能滿足系統(tǒng)需要。本液壓系統(tǒng)基本沒有發(fā)生因油液污染引起的故障，保證了大型壓機液壓系統(tǒng)運行的可靠性。

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