液压系统污染控制与液压系统故障

　　摘要：液压系统故障的发生，在很大程度上取决于液压系统中元件的耐污染能力和系统油液的污染状况，通过控制液压系统的污染程度，就可以保证液压系统的可靠性，降低液压系统故障发生率。
　　主题词：液压系统，污染控制，故障
　　
　　液压传动是以液压油为工作介质进行能量转换和动力传递的，它具有传递能量大、布局容易、结构紧凑、换向方便、转动平稳、均匀、容易完成复杂动作等优点，因而广泛应用于工程机械领域。
　　对于液压系统，当其使用条件满足规定条件时，就可以实现下列两个目标：（1）使无故障工作的持续时间保持在规定的时间内；（2）在上述时间内完成规定的功能。一旦使用条件不能满足规定的条件，液压系统的可靠性则大大降低，其可靠性就变成了“液压系统、元件等的功能在时间上的稳定程度和稳定特性”，液压系统实现可靠性的规定条件当然很多，但最重要的一条就是液压系统的污染程度必须控制在关键元件的污染耐受度之内。
　　大量事实表明，液压系统的故障75%以上是由于液压系统的污染引起的，在使用液压系统时要把它看作像人的血液一样保持足够的清洁，才能确保液压系统的故障率在最低限度，所以对液压系统油液污染进行控制，可以大大提高液压系统的可靠性和液压元件的使用寿命，降低液压系统的故障发生率。
　　一、污染控制平衡关系
　　美国俄克拉荷马州立大学的E.C.Fitch教授在分析液压元件污染寿命与各因素之间的关系的基础上，提出了污染控制平衡图的构象。形象地描绘并揭示了污染控制的平衡关系以及各因素对元件寿命和可靠性的影响。如下图所示，污染控制平衡是通过两架天平来实现的，一台天平反映系统的过滤特性即污染控制的能力；另一台天平则反映液压元件的耐污染能力，两台天平分别指示了元件的污染寿命与油液污染度和元件耐受度的关系。天平的砝码就是与污染控制各个因素的有关参量。
　　
　　
　　污染控制平衡图
　　污染控制平衡图中左边的天平反映系统油污染度与过滤器精度、流量以及污染物侵入率之间的关系。从天平的的平衡关系可以看出，提高过滤器的过滤比，增大过滤流量Q并降低污染物侵入率，则可降低油液的污染度，增加元件的工作寿命和可靠性，换句话说，也就是降低液压系统的故障发生率。
　　污染控制平衡图中右边的天平表达了液压元件污染磨损理论和污染耐受度的基本内容，具体反映了液压元件抗磨性、工作条件（压力、速度和温度）、油液抗磨性以及污染物磨损性等因素对液压元件耐受度和污染寿命的影响。
　　综上所述，液压元件的污染寿命主要取决于系统油液的污染度和元件的污染耐受度，为了保证元件的工作寿命，在油液污染度和元件污染耐受度之间必须达到合理的平衡。
　　所以，降低液压系统故障率，必须提高液压系统的可靠性和元件的工作寿命，主要有两个途径：（1）提高元件的污染耐受度；（2）采取有效的污染控制措施，降低油液的污染度，即提高油液的洁净度。
　　二、液压系统中的污染物
　　液压系统中的污染物是指油液中不需要的并对系统有危害作用的物质。
　　液压系统中的污染物主要有固体颗粒、水分、空气、化学物质和微生物等，从广义上讲，系统中存在的静电、磁场、热能以及放射等也是一类以能量形式存在的污染物。静电和磁场的吸力可使某些颗粒吸附在零件表面或间隙内，导致元件的污染磨损或卡紧；系统中的热能使油温升高。引起油液润滑性能下降和元件泄漏增大，并加速油液变质和密封件失效。
　　在上述各类污染物中，固体颗粒污染物是液压系统中最普遍和危害作用最大污染物。据统计由于固体颗粒污染物引起的故障占总污染故障的70%左右，所以，液压污染控制的一个重要方面就是去除油液中的固体颗粒污染物。
　　液压系统的污染物主要有四种来源：（1）液压油和液压系统中固有的污染物；（2）外界侵入系统的污染物；（3）系统运行中生成的污染物；（4）由于滤油器选择不当或失于保养未能有效过滤而进入系统的污染物。
　　三、液压系统最常见的故障
　　液压系统的最常见故障的表象特征就是在规定的条件下及规定的时间内，未完成规定功能。最常见的就是液压元件污染卡紧。
　　液压元件污染卡紧主要是因液压油中的颗粒污染物进入相对运动的运动副间隙中时，造成污染磨损，导致运动副之间的启动力增大（卡紧），甚至会使运动副不能启动（卡死）。
　　通常，污染卡紧有两种情况：（1）少数与临界间隙相近或大于临界间隙的颗粒堵塞在运动间隙内的某个部位而造成元件卡紧，但这些颗粒可用选择滤油器来控制，所以，这种卡紧现象较少出现，除非滤油器失效。（2）由大量小颗粒污染物在运动间隙内逐渐积起来而引起卡紧，这种情况是最常见的现象。
　　液压元件的污染卡紧的现象非常普遍，只要存在运动间隙，就一定会不同程度地产生液压污染卡紧，直接影响液压元件的启动性。
　　污染卡紧的形成过程很复杂，人们进行了不少研究并提出了多种分析方法，例如根据定差过滤基本原理进行分析；以滤饼的形成为前提而提出的间隙过滤作用分析等。所有这些分析理论都丰富了液压元件污染启动（污染卡紧）敏感度的研究成果。同时，在各种研究中，都强调指出了颗粒受磁化和极化情况下更易形成污染卡紧。
　　四、加强液压污染控制，降低液压系统故障率
　　从以上分析得知，要降低液压系统故障率，必须提高液压系统的可靠性，而产品的可靠性是设计出来的，生产出来的，管理出来的，所以，要提高液压系统的可靠性，就必须把液压污染控制工作贯彻在液压元件和业液压系统的设计、生产和使用管理中。
　　液压系统的可靠性设计是一个很有研究价值的课题，元件选用时一定要进行功能、性能、可靠性等因素的统筹评估。应尽量选用成熟而污染耐受度高的液压元件，而避免采用污染敏感度高、抗磨性差的元件。
　　科学的选配过滤器是液压系统设计中的关键步骤之一。选用过滤器必须以系统中关键液压元件敏感度以及系统中污染物的侵入和生成水平为基础，综合考虑过滤器的各种性能指标，过滤器绝对尺寸精度，应小于系统各关键液压元件的最小临界间隙尺寸，在这一前提下，应选用“价格*纳垢量”之比较小的过滤器。
　　在生产和使用管理液压系统的过程中，根据污染物的侵入和生产途径，要采取相应的污染控制措施：
　　1、 减少液压油和液压件中固有的污染物（潜在污染物）
　　（1）严格检验液压元件，特别是外购件的污染情况，液压元件多为外购件，应向厂家提出污染控制的要求，运输和保管过程中，所有的油口都要加盖密封，针对为污染物侵入。
　　（2）装配前（无论是新装或检修后重装），所有元、辅件必须认真清洗；
　　（3）加强液压油的污染管理，油液进厂必须取样检验，各项指标合格的油液，过滤后方可进入储油罐。保管过程中，必须注意密封，防止氧化变质，并定期取样抽查。
　　2、防止污染物侵入液压系统，主要从装配和使用两个方面加以控制
　　（1）控制环境中的粉尘含量，有条件的组装车间最好采用空气净化措施并对室内充压，使室内气压稍高于室外，以防止大气灰尘污染，实现装配车间的粉尘控制。
　　（2）采用“湿加工，干装配”法，所有的加工工序都采用洁净的油液进行冷却和清洗，装配时，为了不使油液留在零件表面而影响装配质量，应采用干装配，即用干燥的压缩空气吹干后再装配。
　　（3）元件必须经过台架试验运行，要对元件进行加载、高压跑合和清洗，试验台的液压系统应涉及多级精密过滤，滤芯亦也应便于拆卸和更换，当试验台架用油超过使用界限时，应及时换油。
　　（4）在油箱的通气孔及活塞杆处设置可靠的防尘装置，外漏的液压油不得直接令其流回油罐。
　　（5）系统加油必须经过严格的过滤，装配用具、加油容器和滤网等均需保持清洁，当系统产生局部故障或解体排除时，要防止环境对系统的污染，不能立即装配的元件，要注意污染保护。
　　3、防止系统中的生成污染物
　　（1）系统中生成的污染颗粒，主要是摩擦副磨损的金属颗粒和系统中因锈蚀、油漆剥落等产生的污染物，为了控制和减少这些颗粒污染物，采用过滤方法净化是有效的手段，所以必须经常注意滤油器的工作状态并按规定保养滤油器。
　　（2）选用液压油时，必须注意与其液压元件、特别是密封材料的相容性。
　　（3）严格控制液压油的温度及油中的气泡，防止油液氧化变质，根据试验，油液温度保持在60—70℃及其以下使用时，可以在相当长时间内不会氧化，酸值也不会有任何提高；但温度高达130℃时。氧化变质而导致酸值提高的速度便急剧增大。
　　
　　
　　参考文献：
　　1、夏志新编著《液压系统污染控制》北京机械工业出版社1992