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工程机械液压系统固体颗粒污染的分析与控制

工程机械的工作可靠性和使用寿命与液压系统的污染状况有着极为密切的关系。根据国内外统计资料,工程机械液压系统的故障大约有70%是由于液压系统的污染引起的, 其中由固体颗粒污染物引起的液压系统故障占总污染故障的60%~~70%。

液压系统的污染直接影响着整个液压系统的工作好坏。液压系统目前面临需要克服的难题是如何有效地降低和控制系统的污染,以确保各种液压元件及整个系统的可靠性和使用寿命。 因此,合理分析和有效控制液压系统的污染是确保工程机械液压系统正常工作并延长使用寿命的关键。

液压钢管内壁
精密钢管剖开后内壁清洁度图

1、液压系统污染物的来源

液压系统的污染源主要有潜在污染物、再生污染物和浸入污染物。归纳起来,液压系统中的污染物的类型大致可分为固体颗粒、空气、水、化学物质和微生物等, 其中,固体颗粒污染造成的危害最大。 2、固体颗粒的危害与产生的原因

在各类污染物中,固体颗粒是液压系统中最普遍且危害性最大的污染物。在液压系统污染造成的故障中,20%源于腐蚀,而50%的机械性磨损是由于固体颗粒的存在所造成的元件表面损坏所致。 2.1 、固体颗粒的组成与分布的

固体颗粒主要由剥落物、胶质、金属粉末、空气中带来的粉尘、砂子、研磨粉、沉积物和纤维等组成。其在液压系统中分布见表所示。

2.2 固体颗粒的主要来源

固体污染物主要来源于以下几个方面:

(1)系统硬管管道内壁附着的片状铁锈,酸洗后残留在管内的化学药品类;

(2)硬管在切割和套丝等加工过程中存留的铁屑;

(3)密封件,密封圈残渣。由于结合部位的锐边及尺寸予紧等条件限制,可能将密封件部分损坏,损害部分直接进入系统;

(4)高压软管总成内部灰尘及部分接头部位残留胶状碎片;

(5)液压系统装配现场由于环境因素进入管道内部的石子、尘土等,这种情况并不多见;

(6)液压元件内部存留的型砂残留物、加工铁屑、密封残渣等。由于液压元件出厂前都经过必要的清洗和检验,所以这种情况不多见。(天阳钢管)

2.3 固体颗粒污染的危害

2.3.1 粘着和堵塞过滤器孔眼和各种间隙、通道,从而使液压泵运转困难,产生气蚀和躁声。

2.3.2 破坏润滑油膜,增大机器的摩擦力和磨损。固体粒子会使厚度小于固体粒子尺寸0.6倍的润滑油膜破坏而失效,从而使机器的摩擦力和磨损明显增大。 磨损有五种磨损形式:磨料磨损、冲蚀磨损、粘着磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损。其中最主要的是磨料磨损。以上每一种磨损都会产生新的磨损,从而进一步加剧元件的磨损。磨损会导致液压元件产生泄露,效率降低,使用寿命缩短甚至损坏。

2.3.3 加速密封材料磨损,增加外泻漏量。固体颗粒会加速液压缸密封装置的损坏,使液压缸运动表面拉伤、磨损,导致液压缸内外泄漏增加,推力不足或动作不稳定, 爬行,速度下降,产生异常响声与振动。

2.3.4 部分或全部堵塞液压元件的孔隙,使控制元件动作失灵

2.3.5 固体颗粒中的金属和金属化合物粒子会对油液的氧化,变质起催化作用,油液的氧化将劣化油液质量,降低润滑性能。

当元件的间隙被固体颗粒所淤塞,会产生磨损的链式反应,磨损链式反应的产生是因为系统中的磨损污染物不能得到有效的控制,使得系统元件进一步磨损,产生更多的固体颗粒。 从而进一步影响整个液压系统的性能。因此,采取有效措施去除油液污染物,尤其是固体污染物,是保证工程机械液压系统正常工作的前提。

3、防空措施

液压系统的污染控制,贯穿于液压系统的设计,制造、装配、使用和维护等整个过程,解决液压系统污染不可能完全去除污染物,而是通过污染控制措施,使系统的污染度保持 在系统关键液压元件的污染承受范围以内,从而达到合理的平衡。对液压系统污染的控制主要有两种措施:一是防止污染物侵入系统;二是对系统油液进行过滤净化。(021-57590365)

3.1 设计阶段的污染控制

在设计阶段,应慎重选用易于产生颗粒杂质而污染系统油液的装置、结构等。如从控制固体颗粒污染角度,宁可选凸缘连接结构而少用管接头,因为装配维修时管接头产生大量磨屑; 油箱呼吸口设计位置高一些,并尽量掩蔽些,以防雨水和灰尘侵入;软管可选用加衬里的油管等等。

在设计阶段最重要的是滤油器的设计和选择。设计时,可考虑在对液压油污染较敏感的液压元件进油处增设吸油滤油器,在容易产生磨屑的液压元件的回油处滤油器, 在关键性液压元件的进油口设置辅助滤油器,在污染物侵入量大的系统中,安装旁路过滤以作为在线滤油器的补充,改善清洁度,延长滤油器使用寿命等等。

3.2 制造阶段的污染控制

外协外购件如各种阀,高压软管,缸等以及液压油要严格进行进厂检验。关键件需进行加载,跑合和清洗。除外购的液压元件以及一些软管外,在现场配制的液压管道必须经过酸洗除锈。 管道按以下工艺流程进行:脱脂、酸洗、中和、钝化、干燥、涂油、封闭。酸洗前应将经过脱脂处理后的管子用净化压力水冲去关内外壁的碱性溶液和洗去油污。所有密封面,丝扣等必须涂油覆盖以后才能进行清洗。

酸洗处理后,必须对管道进行打压冲洗,打压冲洗是液压系统装配过程中非常重要的环节。管道经过打压冲洗以后,可以将管道中杂质冲去。 冲洗时重点对焊口、法兰、变径、三通及弯头部位定时进行均匀敲打,使这些部位的杂质振落随油一起冲走。

应注意管道的酸洗与打压冲洗应在装配前夕进行,因为过早进行这些处理而长期搁置不用,管道装配时仍有生锈的可能性。

装配前,所有需要清洗的液压元件和辅件都必须清洗干净且用密封塞闭油口,装配时,首先要防止环境污染,有条件可使室内压力高于室外,防止大气灰尘污染。其次,采用干装配, 即各元件清洗后用干燥的压缩空气吹干以后装配。最后,装配人员应将装配工具、滤网以及加油容器保持清洁,并严格按照有关的操作规程进行装配,尽量减少人为因素所造成的污染。

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