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液压油污染原因危害及如何防治
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液压油污染原因危害及如何防治
液压油污染原因、危害及如何防治
本文简介了液压油污染的原因、危害、防止及相关标准
液压系统的故障至少有75%以上是由于液压油的污染所造成的。
液压油的污染使液压系统产生故障或损坏的形式有以下几种类型:
1)性能不稳定2)性能恶化3)元件损坏
液压油被污染会大大降低了液压系统工作的可靠性和寿命,耗费油液造成经济损失。
因此,了解与研究油液污染的原因,对油液污染加以控制是十分必要的。
1.液压油污染的原因
液压油的污染主要是由外部原因和内部原因造成的。
外部原因是指固体杂质、水分、其它油类及空气等进入系统。
内部原因是指除了原有的新油液带来的污染外,在使用过程中运动的零件磨损和液压油的物理化学性能的变化。
由于杂质侵入液压油的方式不同,液压油的污染可分为三种类型,如表1所列:
表1
污染类型
污染原因
潜在污染
1.自制件中残存的污染物
2.外购件中潜伏的污染物
侵入污染
1.装配时侵入了污染物
2.使用过程侵入了污染物
3.液压油带入了污染物
4.修理时侵入了污染物
再生污染
1.零件磨损产生的污染物
2.液压油发生物理和化学变化的生成物及衍生物
潜在污染
自制的零件在加工、装配、试验、贮存、运输等过程中,铸造型砂、切屑、磨料、焊渣、锈片、涂料细片、橡胶碎块及灰尘等有害物质在液压系统开始工作之前,就已潜伏在系统中,同样,在外购件中也会潜伏着上述污染物。
侵入污染
液压系统在工作过程中,外来污染物(如灰尘、潮气、异种油等)可经油箱通气孔和加油口侵入系统,如通过往复运动的活塞杆、注入系统中的油液、油箱中流动的空气、溅落或凝结的水滴、流回油箱中的漏油等使污染物侵入系统中,造成污染。
一般认为,新购进的液压油是清洁的。
其实不然,如容器的漆料和镀层、注油软管的橡胶、以及大气中的灰尘等均可进入油液。
经实验测定新购进的液压油,用100目铜丝网过滤后取样测定,每100mL油液中有5μm以上的颗粒物3万至5万个。
这样的油仅能用于一般的液压系统,不能用于液压伺服控制系统。
如用手工加油,将会使系统污染增加4-7倍。
同时在装配、修理时,容易使灰尘、棉绒等侵入液压系统中。
再生污染
再生污染是指液压油在液压系统工作中生存的污染物。
如零件的残锈、剥落的漆片、运动件和密封材料的磨损颗粒、过滤材料脱落的颗粒或纤维等。
液压油发生物理、化学、生物变化的生成物,使金属腐蚀产生颗粒锈片等均可造成再生污染。
液压油在高温高压作用下,由于水分、空气、铜、铁等介质作用而生成氧化物、树脂油垢等污染物。
2.液压油污染的危害
污染是液压系统的主要危害,污染物混入液压系统后会加速零件的磨损、研伤烧伤甚至破坏,引起液压元件性能早期下降,液压系统产生故障。
由此可见,污染造成的后果是严重的。
其危害有:
对系统工作性能的影响
由于液压油中的污染物部分或全部堵塞了液压元件的节流孔或缝隙,就改变了液压系统的工作性能,引起动作失调,甚至系统完全失灵。
如压力阀的压力产生随机漂移。
当污染物颗粒嵌入阀芯滑动面间,使移动阻力增大,反应迟钝,动态响应速度变慢,严重时阀芯被卡牢。
在液压油固体污染物中,金属颗粒约占75%,尘埃约占15%,其他杂质如氧化物、纤维、树脂等约占10%。
磨损使阀的泄漏增加,造成控制阀流量放大系数及控制灵敏度下降,使泵、马达、液压油缸的容积效率降低,控制系统刚性减小等。
对液压元件的影响
液压元件工作性能的下降与颗粒污染物的数量、大小、形状、密度和硬度等有关。
其中数量、大小、硬度起主要作用。
液压油中固体颗粒污染物使泵的运动件表面磨损加剧,刮伤、咬死,泵的效率降低,故障频繁寿命缩短。
如某注塑机的叶片泵产生噪声大、温升高和压力波动大等故障。
经分解检查,发现转子端面、配油盘磨损严重,定子工作面则完全磨坏。
阀类元件的共同特点是阀芯和阀体配合精密,间隙很小,带有硬度的固体颗粒物一旦嵌入滑动面中,使阀芯移动困难或卡牢,磨损加剧阀口密封被破坏而产生故障。
伺服阀污染敏感性试验表明:
每100mL油液中,直径1-5μm的颗粒超过25-500万个时,伺服阀将完全失去功能。
液压油中固体颗粒污染物会加速液压油缸密封装置的损坏,使缸运动表面拉伤、磨损、导致内外泄漏增加,推力不足或动作不稳定,爬行、速度下降,产生异常的响声与振动等故障。
液压油污染到一定的程度后,会引起滤油器网眼堵塞,液压泵吸油困难而产生气蚀、振动和噪声。
堵塞严重时,会因压力降过大而将滤网击穿,完全丧失过滤作用,造成恶性循环。
3.液压油油劣化变质对元件的影响
液压油劣化变质后粘度和防锈性能降低,油液乳化,消泡性降低,低温流动性变差,有效使用时间缩短。
引起液压油变质的原因很多,如蒸发、氧化、污染、混入异种油等。
其中氧化是主要的因素,而节流口棱边发热,工作油温太高是液压油氧化的重要原因。
系统工作油温达到65OC以上时,液压油的氧化速度加快。
油温每增加10OC,氧化作用增加一倍。
另外油中混入水分或异种油都会引起油液变质。
变质后的液压油对元件的机械效率、容积效率等性能以及寿命等都有很大影响。
例如,褐色胶状悬浮物会把节流(阻尼)孔堵死或使阀芯胶着,使动作失灵。
4.液压油的污染控制途径
减少潜伏的污染
1)严格检查元件的清洁度。
包括:
泵、阀、液压缸、高压软管等外购件,必须向供货商提出明确要求,在运输和保管过程中,所有的油口都必须加盖密封,防止污物侵入。
2)装配前所有的元件和辅件必须仔细清洗,清洗干净后,用塑料胶带封闭所有油口。
3)加强液压油的管理,液压油进厂必须进行取样检验,检验合格的油还需再过滤,才能注入油箱。
防止侵入污染
1)防止环境污染,装配车间要远离有灰尘作业的环境,有条件的装配车间最好能充压,使室内压力略高于室外,以防止大气中的颗粒物污染。
2)采用“湿加工,干装配”法。
所有零件装配前都要进行清洗,然后用压缩空气吹干,再进行装配。
3)液压元件要进行台架试验。
要进行加载、高压跑合和清洗。
在试验台液压系统中,应设多级过滤,勤清洗,当液压油超过使用界限时,应及时换油。
防止再生污染
再生污染是液压油在系统工作过程中生成的污染,主要有运动副磨损的微粒、零件的残锈、驳落的漆片和液压油变质等。
为有效防止再生污染,应选择适当的滤油器。
液压油变质的控制
由于液压油变质所引起的故障和控制措施,如表2-表8:
表2:
粘度变化引起的故障
粘度
故障现象
原因
控制措施
粘
度
变
低
泵有噪声,排油量不足,产生异常磨损
油温控制不严,油温上升
采取冷却措施或检修冷却系统
内泄漏增加,执行元件动作不正常
元件标准与使用的粘度不符或油的粘度不符
更换液压油或元件
压力阀工作不稳定,压力表指针振摆
油的粘度不适宜
换油
润滑不良,运动面产生不正常磨损
油的粘度不适宜
换油
粘
度
变
高
泵吸油不良、卡住
粘度选择不当
换油使粘度下降
泵吸油阻力增大产生气蚀
油温太低
配置低温时的加热器
滤油阻力增大而引起故障
油温控制不良
修理油温控制装置
配管阻抗引起压力损失,使输出压力降低
标准元件使用了高粘度的油液
更换元件或更换低粘度的油液
控制阀的动作滞后或动作不良
使用的油液粘度不当
更换液压油或元件
表3:
防锈性能变化引起的故障
故障现象
原因
控制措施
润滑部分生锈,控制阀动作不灵
防锈性能差的油中混有水
更换防锈性能好的液压油
脱锈,失去防锈能力
油中含水超过规定
采取措施,防止水混入油中
因生锈的颗粒使元件动作不良、甚至发生伤痕
从开始发生逐渐发展恶化
进行清洗和防锈处理
其它金属的腐蚀(铜、铝、铁)
添加剂的影响
检查工作油的成分
随着气蚀发生腐蚀
工作油劣化,油中混入腐蚀物
防止油质劣化
过滤器、冷却器有局部腐蚀
油中混入水分而发生腐蚀
定期清洗或更换过滤器,检修冷却器,不得有渗漏现象
表4:
消泡性能变化引起的故障
故障现象
原因
控制措施
油箱中油液发生气泡,消泡作用不良
消泡剂已耗完,吸油管进气,油面过低
换油,检修吸油管或注油
吸油口气泡产生气蚀
工作油的性能不好
改进油箱或重新设计
执行元件抖动,动作不良且滞后
工作油消泡性失效
更换液压油
表5:
抗乳化性能变化引起的故障
故障现象
原因
控制措施
油液中水分过多而生绣
工作油的性质劣化
更换抗乳化性能好的工作油
工作油的劣化变质较快
油劣化、抗乳化性能恶化、油水分离性能低
更换液压油
泵、阀等元件因水分而发生腐蚀和点蚀
同上
同上
表6:
润滑性能破坏后引起的故障
故障现象
原因
控制措施
元件磨损增加、寿命及性能降低
工作油劣化,混入了杂质污染
更换液压油
执行件(缸与马达)寿命及性能降低
粘度下降,污染增加
更换液压油
泵与马达处于边缘润滑状态,磨损增加。
出现表面硬性划伤疲劳性剥落,活性物质引起的腐蚀性摩擦
油膜过薄或不能形成,介质的性质变化
选用较好的液压油,注意其润滑及启动过程增加润滑剂
表7:
液压油污染度变化引起的故障
故障现象
原因
控制措施
泵出现异常磨损、粘附或被卡住
装配时元件及管内的附着物脱落,元件磨损,尘埃进入
注意清洗,安装和密封,定期抽样检查,加强过滤
控制压力阀、流量调节阀及伺服阀动作性能不良
运行中由外部混入杂质污染
注意环境污染加强密封和维护或重新研究装置
过滤器堵得较快
润滑部分的磨损微粒
有效地使用过滤器、清洗、检查
表8:
劣化及低温流动性变化引起的故障
性质
故障现象
原因
控制措施
劣
化
元件动作不良
高温下使用,油液产生氧化
避免在60OC以上的高温下使用
元件金属表面被腐蚀
水力、金属微粒等杂质加速劣化
清除杂质污染
因防锈性、抗乳化性降低而产生故障
局部温升过高
禁止局部加热或局部冷却
低
温
流
动
性
低于流动点时,无良好的流动性
工作油液的性质不好,添加剂不合适
正确选择工作油和添加剂
总之,油液的污染会给系统造成多方面的故障。
目前,国内外对控制油的污染非常重视,从多方面采取措施,制定了污染度的标准和等级,开发了相应的仪器和新型滤油器,使伺服阀的寿命提高了数倍。
为防止侵入性污染,开发了密闭式油箱,在油箱中装特殊的永磁体,以吸收混入油中的铁粉杂质。
5.液压油污染标准
液压油的污染程度及能否使用,必须有一个标准和检验方法。
目前,我国尚未发布油液污染度的国家标准。
国际上多采用NAS“美国宇航标准分级”和ISO“国际标准化组织”发布的污染度标准。
液压油的污染用污染度等级来表示,它是指单位体积工作介质中固体颗粒污染物的含量,即工作介质中所含固体颗粒的浓度。
为了定量描述和评价工作介质的污染程度,现将国际标准化组织ISO4406标准中规定的污染度等级标准列表如下,见表9:
表9:
ISO4406污染度等级标准
等级
代号
颗粒数/每毫升
等级
代号
颗粒数/每毫升
大于
上限值
大于
上限值
24
80000
160000
11
10
20
23
40000
80000
10
5
10
22
20000
40000
9
5
21
10000
20000
8
20
5000
10000
7
19
2500
5000
6
1
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