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建 材 與 裝 飾 2 0 0 8 年 2 月 下 旬 刊 工 程 機 械 液 壓 系 統(tǒng) 污 染 的 危 害 及 控 制 周 春 華 （ 深 圳 市 長 筑 路 橋 工 程 有 限 公 司 ） 隨 著 液 壓 傳 動 和 液 力 傳 動 技 術(shù) 在 工 程 機 械 上 的 廣 泛 應(yīng) 用 ， 對 液 壓 系 統(tǒng) 的 性 能 提 出 了 愈 來 愈 高 的 要 求 。 提 高 工 程 機 械 液 壓 系 統(tǒng) 的 工 作 可 靠 性 和 使 用 壽 命 愈 來 愈 引 起 人 們 的 關(guān) 注 。 大 量 事 實 表 明 ， 工 程 機 械 的 故 障 和 工 作 可 靠 性 與 液 壓 系 統(tǒng) 污 染 狀 況 有 著 極 為 密 切 的 關(guān) 系 。 1 液 壓 系 統(tǒng) 污 染 的 危 害 液 壓 系 統(tǒng) 受 到 污 染 ， 輕 則 影 響 系 統(tǒng) 的 性 能 和 工 作 可 靠 性 ， 重 則 損 壞 機 件 以 至 系 統(tǒng) 失 靈 ， 導(dǎo) 致 液 壓 元 件 或 液 壓 系 統(tǒng) 不 能 工 作 。 研 究 液 壓 系 統(tǒng) 污 染 的 危 害 ， 首 先 應(yīng) 分 析 污 染 物 的 成 分 ， 污 染 的 途 徑 以 及 受 污 染 后 的 危 害 。 1 . 1 污 染 物 的 成 分 侵 入 液 壓 系 統(tǒng) 的 污 染 雜 質(zhì) 有 很 多 種 類 。 檢 測 結(jié) 果 表 明 ， 對 液 壓 系 統(tǒng) 危 害 較 大 的 主 要 有 三 種 類 型 的 雜 質(zhì) 。 （ 1 ） 固 體 顆 粒 狀 雜 質(zhì) 。 如 金 屬 碎 屑 ， 沙 粒 ， 焊 渣 ， 密 封 材 料 碎 渣 ， 油 漆 ， 包 裝 材 料 碎 片 等 。 （ 2 ） 液 體 狀 雜 質(zhì) 。 主 要 是 水 分 和 其 它 不 符 合 使 用 要 求 的 油 液 。 （ 3 ） 氣 體 雜 質(zhì) 。 主 要 是 空 氣 和 油 液 本 身 受 到 沖 擊 而 產(chǎn) 生 的 氣 泡 。 1 . 2 污 染 雜 質(zhì) 的 來 源 液 壓 系 統(tǒng) 除 油 箱 與 大 氣 連 通 外 ， 基 本 上 是 閉 環(huán) 系 統(tǒng) 。 那 么 ， 污 染 雜 質(zhì) 是 通 過 什 么 途 徑 侵 入 到 系 統(tǒng) 內(nèi) 部 的 呢 ？ 下 面 對 三 種 類 型 的 雜 質(zhì) 分 別 進 行 分 析 。 1 . 2 . 1 固 體 顆 粒 狀 雜 質(zhì) 的 來 源 系 統(tǒng) 內(nèi) 的 顆 粒 雜 質(zhì) 來 源 有 兩 條 途 徑 ： （ 1 ） 系 統(tǒng) 內(nèi) 部 產(chǎn) 生 。 ① 系 統(tǒng) 運 轉(zhuǎn) 過 程 中 不 斷 產(chǎn) 生 金 屬 和 密 封 材 料 的 磨 屑 顆 粒 、 過 濾 材 料 脫 落 的 顆 粒 或 纖 維 。 ② 油 箱 中 剝 落 的 油 漆 ， 銹 斑 。 ③ 氣 蝕 現(xiàn) 象 剝 落 的 金 屬 碎 片 。 ④ 液 壓 油 因 高 溫 變 質(zhì) 而 生 成 的 焦 油 ， 膠 質(zhì) 和 油 渣 等 。 （ 2 ） 系 統(tǒng) 外 部 侵 入 。 一 般 而 言 ， 系 統(tǒng) 內(nèi) 部 產(chǎn) 生 的 雜 質(zhì) 相 對 較 少 ， 大 部 分 都 是 由 外 部 侵 入 的 。 ① 從 油 箱 的 換 氣 孔 侵 入 。 因 為 換 氣 孔 與 大 氣 連 通 ， 粉 塵 微 粒 隨 空 氣 進 入 油 箱 中 。 ② 預(yù) 留 孔 口 和 元 件 連 接 處 密 封 不 嚴 ， 微 粒 隨 空 氣 一 起 被 吸 入 。 ③ 活 塞 桿 在 伸 縮 過 程 中 粘 帶 。 ④ 液 壓 油 本 身 帶 有 雜 質(zhì) 。 ⑤ 設(shè) 備 在 制 造 裝 配 過 程 和 維 修 組 裝 過 程 中 ， 由 于 沒 有 徹 底 清 除 干 凈 ， 焊 渣 ， 鐵 屑 ， 沙 粒 等 雜 質(zhì) 滯 留 在 管 道 內(nèi) 。 ⑥ 在 換 油 時 ， 加 注 工 具 沒 有 經(jīng) 過 清 潔 處 理 ， 污 染 物 隨 油 液 一 起 進 入 系 統(tǒng) 。 1 . 2 . 2 液 體 雜 質(zhì) 的 來 源 液 體 雜 質(zhì) 主 要 是 水 分 ， 其 它 液 體 污 染 的 概 率 很 小 ， 一 般 是 意 外 事 故 ， 這 里 不 作 探 討 。 只 對 水 分 的 來 源 進 行 分 析 。 （ 1 ） 空 氣 中 的 水 汽 。 油 箱 液 面 與 大 氣 接 觸 ， 大 氣 中 的 水 汽 含 量 是 動 態(tài) 的 ， 隨 氣 溫 ， 氣 壓 的 變 化 而 變 化 。 當(dāng) 空 氣 中 的 水 蒸 氣 達 到 霧 點 ， 形 成 水 滴 ， 隨 液 壓 油 流 至 液 壓 系 統(tǒng) 的 各 個 部 位 。 （ 2 ） 系 統(tǒng) 密 封 不 良 ， 水 分 直 接 滲 入 。 油 箱 蓋 密 封 不 嚴 ， 雨 水 漏 入 ； 水 冷 系 統(tǒng) 的 滲 漏 或 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 欠 缺 ， 易 使 水 分 滲 入 ； 安 裝 在 油 箱 中 的 冷 卻 盤 管 或 擋 板 由 于 腐 蝕 ， 碰 撞 等 原 因 造 成 破 損 時 ， 水 可 直 接 進 入 液 壓 油 箱 。 1 . 2 . 3 氣 體 雜 質(zhì) 的 來 源 氣 體 主 要 指 空 氣 。 空 氣 混 入 液 壓 系 統(tǒng) 的 途 徑 有 很 多 。 其 中 主 要 有 ： （ 1 ） 由 于 油 箱 液 面 過 低 ， 吸 油 口 直 接 吸 入 空 氣 。 （ 2 ） 預(yù) 留 孔 口 和 元 件 連 接 處 密 封 不 嚴 。 空 氣 容 易 進 入 。 （ 3 ） 回 油 管 路 帶 入 。 （ 4 ） 油 液 受 到 沖 擊 時 產(chǎn) 生 的 氣 泡 。 1 . 3 污 染 的 危 害 研 究 污 染 雜 質(zhì) 對 液 壓 系 統(tǒng) 元 件 的 磨 損 ， 損 壞 狀 況 ， 是 掌 握 液 壓 系 統(tǒng) 產(chǎn) 生 故 障 原 因 的 關(guān) 鍵 所 在 。 液 壓 系 統(tǒng) 除 了 由 于 設(shè) 計 ， 制 造 ， 安 裝 ， 調(diào) 試 不 當(dāng) 而 產(chǎn) 生 的 故 障 外 ， 其 余 基 本 上 是 在 使 用 和 維 修 過 程 中 ， 由 于 污 染 雜 質(zhì) 侵 入 而 造 成 的 。 隨 著 液 壓 技 術(shù) 的 發(fā) 展 和 加 工 工 藝 的 不 斷 提 高 ， 前 者 引 發(fā) 故 障 的 概 率 愈 來 愈 低 ， 而 后 者 由 于 人 們 的 認 識 不 足 和 使 用 單 位 管 理 水 平 跟 不 上 ， 由 此 引 起 的 故 障 愈 來 愈 多 。 污 染 雜 質(zhì) 侵 入 液 壓 系 統(tǒng) 帶 來 的 危 害 主 要 表 現(xiàn) 在 如 下 幾 方 面 ： （ 1 ） 固 體 雜 質(zhì) 對 活 塞 桿 ， 密 封 圈 等 元 件 的 磨 損 和 損 壞 。 （ 2 ） 固 體 雜 質(zhì) 淤 積 在 管 路 底 部 或 彎 頭 處 ， 造 成 管 道 截 面 積 減 少 ， 系 統(tǒng) 內(nèi) 局 部 壓 力 增 大 ， 容 易 發(fā) 生 接 口 滲 漏 或 管 道 破 裂 。 （ 3 ） 固 體 雜 質(zhì) 淤 積 在 密 封 圈 唇 部 ， 引 起 密 封 不 良 ， 降 低 密 封 性 質(zhì) 。 （ 4 ） 空 氣 和 水 分 使 液 壓 油 的 潤 滑 性 能 和 防 銹 性 能 降 低 。 （ 5 ） 空 氣 和 水 分 加 速 液 壓 油 的 氧 化 變 質(zhì) ， 使 液 壓 油 的 粘 度 降 低 。 （ 6 ） 氣 體 使 液 壓 泵 工 作 時 發(fā) 出 異 常 噪 聲 。 （ 7 ） 氣 體 產(chǎn) 生 氣 蝕 作 用 ， 使 元 件 受 到 破 壞 。 （ 8 ） 氣 體 引 起 工 作 機 構(gòu) 出 現(xiàn) 爬 行 和 抖 動 現(xiàn) 象 。 （ 9 ） 氣 體 增 多 ， 會 導(dǎo) 致 液 壓 泵 的 容 積 效 率 下 降 ， 能 量 損 失 增 多 ， 使 液 壓 系 統(tǒng) 不 能 發(fā) 揮 應(yīng) 有 的 效 能 。 （ 1 0 ） 氣 體 降 低 液 壓 系 統(tǒng) 的 傳 動 剛 度 和 精 度 。 2 液 壓 系 統(tǒng) 污 染 的 控 制 分 析 表 明 ， 污 染 是 不 可 避 免 的 ， 但 可 采 取 一 些 預(yù) 防 控 制 措 施 ， 工 藝 與 設(shè) 備 · 1 4 7 · 建 材 與 裝 飾 2 0 0 8 年 2 月 下 旬 刊 降 低 污 染 的 程 度 和 延 緩 污 染 的 速 度 。 2 . 1 液 壓 系 統(tǒng) 污 染 控 制 的 必 要 性 據(jù) 有 關(guān) 工 程 機 械 故 障 分 析 顯 示 ： 液 壓 設(shè) 備 故 障 占 整 個 設(shè) 備 總 故 障 的 3 0 % ， 而 液 壓 系 統(tǒng) 污 染 引 起 的 故 障 占 液 壓 系 統(tǒng) 故 障 的 7 0 % ~ 8 0 % 。 由 此 可 見 ， 液 壓 系 統(tǒng) 污 染 問 題 還 沒 有 得 到 有 效 控 制 。 我 國 機 械 行 業(yè) 雖 然 以 2 0 世 紀 8 0 年 代 逐 步 采 取 了 各 項 控 制 液 壓 系 統(tǒng) 污 染 的 措 施 ， 但 液 壓 系 統(tǒng) 污 染 控 制 技 術(shù) 與 國 外 發(fā) 達 國 家 相 比 仍 有 相 當(dāng) 大 的 差 距 。 因 此 ， 分 析 研 究 液 壓 系 統(tǒng) 污 染 產(chǎn) 生 的 原 因 ， 尋 求 解 決 和 控 制 的 方 法 ， 對 確 保 工 程 機 械 的 正 常 運 轉(zhuǎn) ， 提 高 工 作 可 靠 性 ， 延 長 使 用 壽 命 具 有 重 大 意 義 。 2 . 2 簡 易 測 定 液 壓 油 污 染 變 質(zhì) 的 方 法 在 科 研 單 位 或 實 驗 室 里 ， 檢 測 油 液 污 染 變 質(zhì) 有 很 多 科 學(xué) 的 ， 可 靠 的 方 法 。 例 如 定 性 、 定 量 分 析 法 ； 過 濾 稱 重 法 ； 顆 粒 計 數(shù) 法 等 。 但 是 施 工 單 位 不 具 備 這 樣 的 檢 測 條 件 ， 只 能 憑 經(jīng) 驗 目 測 評 定 ， 或 采 用 一 些 簡 易 方 法 測 評 油 液 的 污 染 程 度 ， 并 據(jù) 此 決 定 是 否 更 換 液 壓 油 。 （ 1 ） 對 固 體 和 液 體 污 染 物 的 測 定 。 常 采 用 如 下 簡 易 方 法 ： ① 類 比 法 。 取 系 統(tǒng) 中 的 油 液 與 純 凈 新 油 作 比 較 ， 通 過 “ 一 看 ， 二 聞 ， 三 摸 ” 來 估 測 油 液 的 污 染 程 度 。 一 看 ， 即 看 液 壓 油 的 顏 色 變 化 。 凡 變 淡 或 變 成 乳 白 色 ， 說 明 液 壓 油 已 混 入 了 空 氣 ， 水 或 其 它 液 體 ； 變 黑 色 ， 說 明 油 液 已 反 應(yīng) 變 質(zhì) ， 生 成 瀝 青 類 雜 質(zhì) ； 有 沉 淀 物 ， 且 沉 淀 物 中 有 小 黑 點 或 亮 點 ， 說 明 混 入 了 金 屬 磨 屑 或 粉 塵 等 固 體 顆 粒 。 二 聞 ， 即 聞 油 液 的 氣 味 。 如 有 異 味 ， 說 明 油 液 已 氧 化 變 質(zhì) 。 三 摸 ， 即 用 手 指 沾 油 液 摩 擦 ， 感 覺 粘 性 差 ， 潤 滑 感 差 ， 可 能 混 入 了 水 或 液 壓 油 已 變 質(zhì) 失 效 。 ② 濾 紙 測 定 法 。 取 系 統(tǒng) 中 油 液 少 許 ， 滴 在 2 4 0 目 的 濾 紙 上 ， 數(shù) 分 鐘 后 觀 察 濾 紙 上 的 痕 跡 。 凡 油 滴 有 分 布 均 勻 的 暗 色 中 心 ， 外 圈 清 晰 ， 說 明 油 液 污 染 嚴 重 ， 應(yīng) 換 油 。 （ 2 ） 對 空 氣 污 染 的 測 定 。 一 般 采 用 經(jīng) 驗 識 別 法 來 估 測 空 氣 含 量 是 否 過 量 。 當(dāng) 機 械 出 現(xiàn) 如 下 現(xiàn) 象 時 ， 應(yīng) 視 為 空 氣 含 量 過 量 ： ① 液 壓 泵 出 現(xiàn) 不 正 常 的 噪 聲 。 ② 當(dāng) 外 載 變 化 時 ， 液 壓 泵 或 安 全 閥 偶 爾 發(fā) 生 異 響 ， 同 時 工 作 機 構(gòu) 出 現(xiàn) 爬 行 或 抖 動 。 ③ 油 液 透 明 度 降 低 ， 回 油 管 口 處 有 大 量 氣 泡 。 ④ 油 液 乳 化 變 色 。 2 . 3 控 制 液 壓 系 統(tǒng) 污 染 的 措 施 在 液 壓 系 統(tǒng) 工 作 過 程 中 ， 外 界 環(huán) 境 中 的 污 染 物 不 斷 地 通 過 各 種 渠 道 侵 入 系 統(tǒng) ， 對 液 壓 系 統(tǒng) 產(chǎn) 生 破 壞 ， 影 響 了 液 壓 系 統(tǒng) 的 正 常 工 作 。 以 實 際 工 作 經(jīng) 驗 得 出 ， 液 壓 油 箱 的 呼 吸 孔 和 液 壓 缸 的 活 塞 桿 密 封 處 是 污 染 物 侵 入 的 主 要 渠 道 ， 此 外 ， 維 修 和 向 系 統(tǒng) 加 注 （ 更 換 ） 液 壓 油 時 往 往 將 污 染 物 帶 入 系 統(tǒng) 。 因 此 ， 要 控 制 污 染 物 進 入 液 壓 系 統(tǒng) ， 就 應(yīng) 該 把 握 住 如 下 幾 個 關(guān) 鍵 環(huán) 節(jié) ： 2 . 3 . 1 液 壓 油 箱 污 染 的 控 制 措 施 目 前 普 遍 采 用 的 液 壓 油 箱 都 是 通 過 呼 吸 孔 與 外 界 大 氣 相 通 ， 當(dāng) 油 箱 液 面 下 降 時 ， 大 氣 中 的 塵 埃 和 水 分 隨 外 界 空 氣 被 吸 入 油 箱 ， 使 系 統(tǒng) 油 液 受 到 污 染 。 塵 埃 ， 空 氣 和 水 是 液 壓 系 統(tǒng) 的 三 大 主 要 污 染 源 ， 因 此 ， 解 決 油 箱 的 污 染 問 題 ， 是 解 決 液 壓 系 統(tǒng) 污 染 問 題 的 最 重 要 環(huán) 節(jié) 。 （ 1 ） 盡 可 能 采 用 全 密 封 式 油 箱 。 這 種 油 箱 通 過 彈 性 氣 囊 或 隔 膜 將 系 統(tǒng) 油 液 與 外 界 完 全 隔 離 。 徹 底 解 決 了 氣 液 界 面 污 染 的 問 題 ， 是 防 止 油 箱 污 染 最 有 效 的 措 施 。 （ 2 ） 在 通 氣 孔 上 設(shè) 置 濾 清 器 。 如 不 能 采 用 全 密 封 式 油 箱 ， 可 在 油 箱 的 通 氣 孔 上 設(shè) 置 帶 有 干 燥 器 的 空 氣 濾 清 器 。 當(dāng) 油 箱 液 面 降 低 時 ， 空 氣 通 過 濾 清 器 進 入 油 箱 ， 空 氣 中 的 水 分 和 顆 粒 雜 質(zhì) 即 被 去 除 。 （ 3 ） 在 吸 油 管 口 前 設(shè) 置 濾 網(wǎng) 。 設(shè) 置 濾 網(wǎng) 的 作 用 是 去 除 油 液 中 的 氣 泡 。 實 驗 研 究 表 明 ： 濾 網(wǎng) 除 氣 效 率 與 濾 網(wǎng) 孔 大 小 ， 油 液 通 過 濾 網(wǎng) 的 速 度 和 濾 網(wǎng) 設(shè) 置 角 度 有 關(guān) 系 ， 濾 網(wǎng) 愈 密 ， 流 速 愈 低 ， 除 氣 效 率 愈 高 ； 濾 網(wǎng) 傾 角 為 2 0 ° 時 除 氣 效 率 最 高 。 （ 4 ） 在 油 箱 底 部 設(shè) 置 排 水 口 和 磁 塞 。 液 壓 油 在 油 箱 中 靜 置 2 4 h 以 上 ， 混 在 液 壓 油 中 的 水 便 下 沉 至 箱 底 ， 可 通 過 排 水 口 排 除 。 磁 塞 可 吸 附 鐵 質(zhì) 碎 屑 ， 防 止 其 隨 液 壓 油 流 向 液 壓 系 統(tǒng) 的 其 它 部 位 。 2 . 3 . 2 液 壓 缸 污 染 的 控 制 措 施 液 壓 缸 的 活 塞 桿 伸 出 端 是 污 染 物 侵 入 液 壓 系 統(tǒng) 的 主 要 部 位 之 一 。 目 前 ， 普 遍 在 活 塞 桿 壓 力 密 封 外 端 設(shè) 置 防 塵 密 封 以 防 止 外 界 污 染 物 侵 入 。 防 塵 密 封 的 工 作 性 能 對 可 靠 地 保 護 液 壓 系 統(tǒng) 具 有 重 要 作 用 。 一 旦 防 塵 密 封 失 效 ， 活 塞 桿 壓 力 密 封 即 暴 露 于 外 界 ， 粘 附 污 染 物 而 迅 速 磨 損 失 效 ， 從 而 導(dǎo) 致 活 塞 密 封 的 磨 損 和 失 效 。 另 外 ， 活 塞 桿 表 面 損 傷 或 彎 曲 變 形 ， 也 會 使 防 塵 密 封 和 活 塞 密 封 迅 速 失 效 。 （ 1 ） 定 期 檢 查 活 塞 桿 ， 發(fā) 現(xiàn) 損 傷 或 變 形 ， 馬 上 修 復(fù) 或 更 換 。 （ 2 ） 使 用 高 性 能 的 防 塵 密 封 圈 。 （ 3 ） 活 塞 桿 的 液 壓 密 封 面 采 用 活 塞 壓 力 密 封 和 防 塵 密 封 的 組 合 形 式 。 這 種 組 合 密 封 的 防 污 性 能 為 各 單 個 密 封 防 污 性 能 的 綜 合 。 組 合 密 封 的 污 染 侵 入 比 為 各 個 密 封 侵 入 比 的 乘 積 。 （ 密 封 侵 入 比 = 密 封 外 部 污 染 顆 粒 濃 度 與 密 封 內(nèi) 部 污 染 顆 粒 濃 度 的 比 值 ） 2 . 3 . 3 設(shè) 計 、 使 用 與 維 修 過 程 中 的 控 制 措 施 （ 1 ） 合 理 設(shè) 計 系 統(tǒng) 的 結(jié) 構(gòu) 。 例 如 ： 在 液 壓 系 統(tǒng) 最 高 處 應(yīng) 設(shè) 置 排 氣 塞 或 排 氣 閥 ； 油 箱 的 出 、 回 油 口 應(yīng) 設(shè) 在 油 箱 液 面 以 下 ； 回 油 口 斷 面 應(yīng) 做 成 斜 面 以 減 少 回 油 渦 流 和 攪 動 ； 液 壓 泵 吸 油 管 口 徑 應(yīng) 盡 可 能 大 一 點 ， 盡 可 能 減 少 管 路 的 彎 曲 ； 避 免 或 減 少 使 用 節(jié) 流 閥 ； 選 擇 合 理 的 密 封 件 及 密 封 結(jié) 構(gòu) ； 提 高 液 壓 泵 的 吸 入 壓 力 ； 降 低 工 作 機 構(gòu) 的 運 動 慣 性 ； 提 高 系 統(tǒng) 的 整 體 密 封 性 能 。 （ 2 ） 經(jīng) 常 保 持 油 箱 中 規(guī) 定 的 液 面 高 度 。 （ 3 ） 定 期 清 洗 過 濾 器 和 散 熱 裝 置 ， 避 免 液 壓 泵 因 吸 油 不 暢 和 油 溫 過 高 而 形 成 系 統(tǒng) 的 局 部 真 空 。 （ 4 ） 液 壓 系 統(tǒng) 出 現(xiàn) 壓 力 低 ， 溫 度 高 ， 工 作 無 力 等 非 正 常 現(xiàn) 象 時 應(yīng) 及 時 排 查 。 （ 5 ） 避 免 工 作 載 荷 的 急 劇 變 化 。 （ 6 ） 避 免 利 用 機 械 的 慣 性 來 完 成 某 項 動 作 。 （ 7 ） 及 時 更 換 老 化 或 失 效 的 密 封 件 。 （ 8 ） 加 注 液 壓 油 時 ， 加 注 用 具 要 徹 底 清 潔 干 凈 。 （ 9 ） 清 洗 。 （ 1 0 ） 高 壓 空 氣 吹 。 工 藝 與 設(shè) 備 · 1 4 8 ·