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 |
1.1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。
1.2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。
1.3 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。
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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:
2.1 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*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。
2.2 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*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*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,*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
4.1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。
4.2 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*,应及时换油。
4.3 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。
4.4 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 |
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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。
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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。上多采用NAS“美国宇航标准分级”和ISO“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 | 2.5 | 5 |
21 | 10000 | 20000 | 8 | 1.3 | 2.5 |
20 | 5000 | 10000 | 7 | 0.64 | 1.3 |
19 | 2500 | 5000 | 6 | 0.32 | 0.64 |
18 | 1300 | 2500 | 5 | 0.16 | 0.32 |
17 | 640 | 1300 | 4 | 0.08 | 0.16 |
16 | 320 | 640 | 3 | 0.04 | 0.08 |
15 | 160 | 320 | 2 | 0.02 | 0.04 |
14 | 80 | 160 | 1 | 0.01 | 0.02 |
13 | 40 | 80 | 0 | 0.005 | 0.01 |
12 | 20 | 40 | 0.9 | 0.0025 | 0.005 |
由表9可知,ISO4406规定的污染度等级,根据颗粒浓度的大小共分为26个等级,颗粒浓度愈大等级代码数愈大。
ISO4406规定工作介质的污染度,用两组等级代码及中间一条斜线组成,前面一组代码代表1毫升(mL)工作介质中尺寸不小于5微米(μm)的颗粒数等级,后面一组代码代表1毫升(mL)工作介质中尺寸不小于15微米(μm)的颗粒数等级。
例如:污染度等级代码为18/15的液压油,它表示该液压油每毫升内不小于5微米(μm)的颗粒数在1300 – 2500之间,不小于15微米(μm)的颗粒数在160 – 320之间。
为了严格和有效控制液压系统的清洁度,以保证液压系统的工作可靠性和液压元件的使用寿命,国家相关行业制定了典型液压元件和液压系统清洁度等级要求,见表10。
表10典型液压元件清洁度等级
液压元件类型 | 优等品 | 一等品 | 合格品 |
各种类型液压泵 | 16/13 | 18/15 | 19/16 |
一般液压阀 | 16/13 | 18/15 | 19/16 |
伺服阀 | 13/10 | 14/11 | 15/12 |
比例控制阀 | 14/11 | 15/12 | 16/13 |
液压马达 | 16/13 | 18/15 | 19/16 |
活塞缸和柱塞缸 | 16/13 | 18/15 | 19/16 |
摆动缸 | 17/14 | 19/16 | 20/17 |
液压蓄能器 | 16/13 | 18/15 | 19/16 |
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6.液压油污染的检测方法
1)血球计数法
这是一种比较经济的测定方法,一般只需测四次,准确度可达95% 以上。测定值按NAS1638或ISO4406污染度标准,确定污染度级别。
2)重量法
用每100ml油液中允许的颗粒重量表示,即(mg/100ml)。测定的方法是将100ml的油,经0.45μm孔径的薄膜过滤,然后烘干,用天平秤出薄膜的增量部分,再根据NAS1638污染度标准,确定污染度级别。
表11 NAS1638污染度标准
等级 | 100 | 101 | 102 | 103 | 104 | 105 | 106 | 107 | 108 |
mg/100ml | 0.02 | 0.05 | 0.10 | 0.30 | 0.50 | 0.70 | 1.0 | 2.0 | 4.0 |
3)液压油污染的现场检测
表12 液压油污染程度的判别与处理措施
外观 | 气味 | 状态 | 处理措施 |
颜色透明 | 正常 | 良 | 照常使用 |
透明但颜色变淡 | 正常 | 混入别种油液 | 检查粘度若符合要求可继续使用 |
变成乳白色 | 正常 | 混入空气和水 | 分离除掉水分,或半或全换油 |
变成黑褐色 | 有臭味 | 氧化变质 | 全部换油 |
透明而有小黑点 | 正常 | 混入杂质 | 过滤后使用或换油 |
透明而闪光 | 正常 | 混入金属粉末 | 过滤或换油 |
4)自动颗粒计数法
此方法具有简便、快速、准确等优点,故获得广泛的应用。普洛帝的PLD-0201液压油颗粒度检测仪具有比较完整的功能,除了自动取样器、多种规格的传感器、PLD0201主机和自动打印机等配套设施。PLD0201可满足的标准有:NAS1638和ISO4406、GJB420、GJB380、DLT1096、GB/T18854基本上可以满足一般使用油液污染度检验时,对液压油清洁度的要求。
除上述检测方法外,还有显微镜颗粒计数法、铁谱分析法等。
本资料由普洛帝技术中心提供
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