齊 劍

（昌河飛機工業(yè)有限責(zé)任公司，景德鎮(zhèn) 333000）

有研究表明，液壓泵、各類液壓閥、執(zhí)行元件的主要故障由液壓油污染引起。污染物在系統(tǒng)中形成或者由外界進入。污染物在系統(tǒng)中循環(huán)時會損傷組件表面，影響各類液壓閥閥芯及執(zhí)行元件的正常運行，從而導(dǎo)致系統(tǒng)故障[1]。目前，油污染已成為影響液壓系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的一大難題。為了有效解決這一問題和延長液壓系統(tǒng)元件的使用壽命，需要深入探索故障成因，并尋求有效的預(yù)防措施。文章主要介紹油污染及其來源、污染造成的損壞、故障類型、液壓油污染測量標準及測量方法、油污染引起的液壓系統(tǒng)的故障預(yù)防，闡述了離線過濾系統(tǒng)的優(yōu)點，并給出了防止液壓油污染的相關(guān)措施。

1 污染物及其危害

固體不溶性污染物如沙礫、灰塵及金屬顆粒是液壓系統(tǒng)中的污染物之一，會對液壓系統(tǒng)造成巨大危害。液壓系統(tǒng)主要涉及3 種污染源，分別為進入污染、內(nèi)部污染以及內(nèi)部產(chǎn)生的污染物。進入污染主要在液壓油箱通氣孔損壞時產(chǎn)生、作動筒和密封件處產(chǎn)生、維護期間產(chǎn)生、加注新油時產(chǎn)生、通過大氣進入產(chǎn)生。內(nèi)部污染主要在液壓油性能降低時產(chǎn)生、液壓元件和管路問題導(dǎo)致產(chǎn)生以及部件碎屑產(chǎn)生。內(nèi)部產(chǎn)生的污染物主要來源于固體顆粒物的磨損。文章研究僅限于固體顆粒污染。

2 污染造成的損壞

固體顆粒污染物呈現(xiàn)出不同的形狀和尺寸，共同點是對部件表面造成磨損和疲勞。這種磨損和表面疲勞造成了約90%的性能降低故障，嚴重時影響液壓系統(tǒng)內(nèi)部元件的正常工作。

3 油污染引起的故障類型

3.1 災(zāi)難性故障

當大顆粒進入泵或閥體導(dǎo)致流量減少或停止時，會發(fā)生災(zāi)難性故障。例如，固體顆粒污染物的進入會導(dǎo)致齒輪卡在轉(zhuǎn)子槽；各類電磁閥內(nèi)部閥芯會因為固體顆粒污染物的進入而不能完全關(guān)閉或打開，也會導(dǎo)致節(jié)流孔被完全堵住。這些均會造成液壓系統(tǒng)元件突然喪失功能。

3.2 間歇性故障

固體顆粒污染物會妨礙閥芯的正常運動。例如，閥座材料具有很高的強度，雖然顆粒不能進入閥座與閥體之間，但是會影響閥芯的正常關(guān)閉。當閥口再次打開時，顆?？赡軙粵_走，之后會有顆粒再次阻礙閥座的完全關(guān)閉，然后再被液流沖走，導(dǎo)致液壓元件間歇性故障。

3.3 退化性故障

液壓元件如果長期受到顆粒的磨損、腐蝕、沖刷，元件表面會出現(xiàn)疲勞現(xiàn)象。例如，液壓作動筒活塞桿表面及外部密封件長期受外部或內(nèi)部固體顆粒物的磨損，活塞桿密封性能逐漸下降，久而久之導(dǎo)致密封性能完全失效。

4 航空液壓油清潔度的評定標準

當前，歐美國家在確保飛行器液壓系統(tǒng)能夠安全運行的情況下，普遍使用NAS 1638、ISO 1128（AS 4059）以及ISO 4406-1999（E）這3 個不同的標準。20 世紀70 年代末，我國開始著手探索有效的污染控制技術(shù)?；贗SO 1128（AS 4059）的指導(dǎo)原則，緊跟全球最新的技術(shù)潮流，制定《航空工作液固體污染度分級》（GJB 420B—2015）作為我國重要的軍用標準[2]。

5 液壓油測試的主要性能參數(shù)及固體顆粒數(shù)測試方法

5.1 液壓油測試的主要性能參數(shù)

液壓油的分析測試主要關(guān)注黏度、含水量、中和指數(shù)以及固體顆粒計數(shù)4 個性能參數(shù)的變化。其中：黏度與液壓油原始性能相比，±10%的變化被認為是過度的；含水量在飽和溫度下的可接受水平為小于0.025%；中和指數(shù)主要用來檢查添加劑是否變質(zhì)或過度氧化；固體顆粒計數(shù)時，應(yīng)指定清潔度等級來描述液壓系統(tǒng)主要部件的清潔度，如表1 所示[3]。

表1 國內(nèi)外標準要求的主要的液壓元件清潔度等級

5.2 固體顆粒數(shù)測試方法

流體中污染物顆粒大小的分布可以使用自動顆粒計數(shù)器、重量計和顯微鏡來測量顆粒物的數(shù)量。文章重點介紹遮光型自動顆粒計數(shù)器。

5.2.1 自動顆粒計數(shù)法

自動顆粒計數(shù)器測量技術(shù)是一門新興的邊緣計量領(lǐng)域，主要分為遮光型（光阻法）、光散射型以及電阻型等（優(yōu)缺點見表2），其中遮光型的應(yīng)用最普遍。

表2 遮光型（光阻法）、光散射型、電阻型優(yōu)缺點

遮光型自動顆粒計數(shù)器原理如圖1 所示。從激光光源發(fā)出的光射向檢測區(qū)后，被聚集成一束非常均勻且平行的光束，穿過檢測區(qū)的窗口射向光電接收器。檢測區(qū)部分由透明的光學(xué)材料制成，被測試液樣沿垂直方向從中通過，在流經(jīng)窗口時被來自光源的均勻平行光束照射。光電接收器將接收的光傳輸至光電轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為電信號，后經(jīng)前置放大器傳輸?shù)接嫈?shù)器。

圖1 遮光型自動顆粒計數(shù)器原理

自動顆粒計數(shù)法具有操作簡單方便、檢測率高、精確性極強及樣本需求量低等優(yōu)點，可以有效降低操作時的人為因素影響。然而，它仍然存在局限性。例如，只能使用10 mL 油樣，因此只能對其放大10 倍，從而計算出100 mL 的顆粒數(shù)，取樣體積的準確性將直接影響最終結(jié)果[4]。但是，實踐操作中由于各種因素的影響，很難完全避免取樣時外界引入的微小污染，使得最終的檢驗結(jié)果遠遠低于預(yù)期。然而，自動顆粒計數(shù)儀難以準確識別出油樣中的懸浮物、微小氣泡及其他非固態(tài)物質(zhì)[5]，因此采集設(shè)備的準確度及對采集樣本的處理程度會對測試的準確度產(chǎn)生較大影響。

5.2.2 重量法

重量法是一種衡量液壓油中顆粒污染物的有效方法，具有儀器價格低和操作方便的優(yōu)點。該方法是通過過濾和稱重確定油液中顆粒污染物的總量，但由于無法準確識別顆粒的大小和尺寸分布，無法準確反映機械雜質(zhì)的危害程度。

5.2.3 顯微鏡顆粒計數(shù)法

戰(zhàn)爭結(jié)束后，曾樹生回到了自己的城市。當她敲開門的那一刻，她滿懷期待的以為自己的丈夫或孩子會開門迎接自己，可是結(jié)果卻出乎意料。當她得到自己丈夫去世的消息時，內(nèi)心是極度的悲傷。她內(nèi)心一直以為，因為自己的離開才導(dǎo)致了丈夫的離世。當她走在街道上，丈夫去世，兒子失聯(lián)，而此時，她恐怕也拒絕了陳主任的追求，他滿懷期待的歸來，結(jié)果得到的只是滿滿的負罪感和內(nèi)疚感。在戰(zhàn)爭已經(jīng)勝利的夜晚，家家戶戶都在慶祝劫難的逝去，然而她卻沒有了家。她因為要擺脫這家庭沉重的桎梏而離開家庭，尋找自由，得到的卻是更加空虛的內(nèi)心的悔恨，這不能不說是一個悲劇。寒夜太寒冷了，她需要溫暖。

使用顯微鏡顆粒計數(shù)法，可以有效檢測航空液壓油中的固體顆粒污染物。這種方法可以通過動態(tài)圖像法、靜態(tài)圖像法和電鏡法實現(xiàn)。此外，根據(jù)《用顯微鏡計數(shù)法來測定航空工作液的固體顆粒污染度》（GJB 380.5A—2015）的相關(guān)規(guī)范，這種方法可以有效測定航空液壓油的固體顆粒污染度[5]，顯著特性在于經(jīng)濟實惠，操作便捷，能夠獲得更加準確的圓形度、長徑比等形態(tài)數(shù)據(jù)，但是不能有效檢測油樣中小于2 μm 的顆粒污染物。由于檢測速率緩慢，對精密微量物質(zhì)的檢測精度也有一定的限制，其精確性往往依賴于操作人員的經(jīng)驗和判斷力。圖像分析儀雖然可以解決人工計數(shù)存在的問題，但是其成本相對較高。

6 液壓系統(tǒng)因油污染而失效的預(yù)防方法

以下兩種方法被證明可用于防止高污染水平而導(dǎo)致的液壓系統(tǒng)故障。

6.1 在線式過濾系統(tǒng)

在線式過濾系統(tǒng)用于分離污染產(chǎn)生的固體顆粒，從而使液壓系統(tǒng)保持盡可能低的污染水平。適當過濾可為液壓系統(tǒng)及其部件提供低故障和低維護，從而延長部件的使用壽命。為實現(xiàn)高效的液壓油過濾，應(yīng)該選擇合適的過濾器尺寸、過濾等級和濾芯材料。

6.1.1 過濾器大小的選擇

選擇過濾器大小時要考慮的參數(shù)包括流量、額定工作壓力、部件要求的清潔度等級、工作介質(zhì)和工作溫度[6]。

6.1.2 過濾器的等級選擇

選擇過濾器等級時，要考慮的參數(shù)包括納污能力、過濾精度以及壓差特性。納污能力是過濾器可以捕獲的污染物量的量度，表示基于過濾器可以捕獲的顆粒重量的等級。過濾器必須具有足夠的納污能力。過濾精度表示特定大小的粒子有多少可以通過。壓差特性指當液壓油流經(jīng)過濾器時，由于自身阻力在濾芯兩端形成的壓差。壓差特性是衡量液壓濾芯綜合性能的重要標志。

6.1.3 濾芯材料的選擇

不同濾芯材料的比較如表3 所示，可用作基于各種重要參數(shù)選擇濾芯材料的指南，如性能（捕獲效率）、納污能力、壓差、壽命以及初始成本。

表3 濾芯材料的比較

6.2 離線式過濾系統(tǒng)（輔助過濾）

離線式過濾系統(tǒng)獨立于主液壓系統(tǒng)，由一個帶電機和過濾器的獨立泵組成。首選從粗級到細級（25 μm、15 μm、5 μm 和2 μm）的一系列過濾器，以避免敏感的精細過濾器。液壓油通過泵輸送并連續(xù)返回油箱。這種過濾系統(tǒng)非常有用，特別是當系統(tǒng)不經(jīng)常使用且有一段時間未運行時，能夠在啟動系統(tǒng)之前將液壓油保持在恒定的污染水平。它在現(xiàn)有系統(tǒng)上相對容易改造，無須關(guān)閉主系統(tǒng)即可維修或更換過濾器，且具有相對較低的初始成本。

7 防止油污染的措施

防止液壓油污染的第一道防線是防止固體顆粒污染物進入液壓系統(tǒng)?？梢栽谙到y(tǒng)啟動之前去除污染物，以防止系統(tǒng)在工作周期中發(fā)生故障。相關(guān)人員應(yīng)采用一些措施和技術(shù)來控制液壓油污染，以延長液壓元件的使用壽命，最大限度保證液壓系統(tǒng)的正常工作。

7.1 液壓油箱控制污染物的措施和技術(shù)

第一，安裝帶有空氣濾芯的通氣孔；第二，安裝水分離器，以去除進入油箱的空氣中的水分；第三，安裝擋板和回油管擴散器，以防止油液攪動將空氣混入油液；第四，每當油箱被清空時，必須要徹底清除油箱內(nèi)部殘留的污染物。此外，要有新油不凈的意識。一般新油的清潔度在NAS9 級以上，達不到系統(tǒng)要求，需要在加油前過濾，以減少油液里面的微粒。同時，運輸、加油過程也不可避免會帶入雜質(zhì)，所以新油加注前的過濾十分必要。

7.2 液壓系統(tǒng)在設(shè)計組裝和后期維護使用時控制污染物的措施和技術(shù)

第一，提供離線過濾系統(tǒng)。第二，由于工作溫度高，提供油冷卻器，以避免油液降解。第三，部件在安裝到系統(tǒng)前進行徹底的清洗。第四，使用波紋管或密封元件防止執(zhí)行元件的活塞桿暴露在大氣粉塵中或防止粉塵進入活塞桿與殼體的運動面之間。第五，在確保液壓系統(tǒng)所需保護的關(guān)鍵位置提供過濾器組件。第六，提供機械壓差式油濾污染指示器，或安裝壓差指示燈。第七，定期分析液壓油，檢測過熱、污染增加等問題。第八，及時維護或更換過濾器。

8 結(jié)語

文章描述了液壓油污染的嚴重性、測量方法和最小化污染的技術(shù)。為了防止基于油污染而導(dǎo)致的液壓系統(tǒng)故障，還可以考慮3 點：一是在適當?shù)奈恢锰峁┚哂羞m當額定值的過濾器，以保護關(guān)鍵的液壓元件；二是通過離線過濾系統(tǒng)對液壓油進行連續(xù)清潔，以恢復(fù)最初的油清潔度；三是監(jiān)測油品污染程度，以便檢測污染的情況，必要時及時處理。