液压系统的油液污染监测与控制

摘要： 本文通过对油液污染问题的探讨，寻求对油液污染的控制措施，使得系统油液的污染度与重要液压元件的污染耐受度之间达到一定平衡，从而使元件的寿命和可靠性得以保证。着重分析了液压系统污染控制与系统监测问题，以期望能为维护液压系统正常工作提供一定的指导和借鉴作用。

Abstract: Based on discussion on oil contamination problems, this paper explores the measures of oil pollution control to reach a certain balance between the degree of contamination of hydraulic oil and pollution tolerance of important hydraulic components, and then guarantee the life and reliability of the components. Monitoring and control of hydraulic oil contamination problems for hydraulic system was mainly analyzed, so as to provide some guidance and reference for maintaining the normal work of hydraulic system.

关键词： 液压系统；油液污染；污染控制；金属磨屑；油液监测；图谱分析

Key words: hydraulic system；oil pollution；pollution control；metal debris；oil monitoring；map analysis

中图分类号：TH137文献标识码：A文章编号：1006-4311（2012）15-0026-020引言

造成液压系统油液污染的污染源有两个。一是外部污染源：固体杂质、水分、油分及空气等进入液压系统，造成的液压油污染；二是内部污染源：油液在系统中不断循环，会发生物理和化学性能的变化，或因相关零部件的磨损而产生的油液污染。对液压系统油液进行污染监测，从而确保元件的使用寿命，延长相应故障的时间间隔。

1污染控制的原理

液压系统中元件的污染耐受度和油液的污染度之间存在着矛盾。它严重影响着液压元件的工作可靠性和使用寿命。改善的方法可以从对液压元件在设计参数、结构和材质等方面进行改进，来提高元件耐污染性能；同时，可以采取一些控制污染的措施，使系统油液的污染度保持在关键液压元件的污染耐受度内。实践证明，这是一种比较实用的方法。

控制液压系统油液污染的方法可以采取清洗元件或系统和使用高效能的滤油器等有效措施来实现。同时，尽量避免污染物侵入系统。

2油液污染控制的措施

2.1 液压系统和元件的清洗液压元件的残留污染物在加工或装配过程中不可避免的存在着，这就决定了必须采取有效措施进行清洗。对元件和系统清洗的目的就是提高油液的清洁度，最大限度地减少或消除设备的早期故障。反之，没有得到合理清洗的元件接入系统后，污染物对元件运动表面的切削、粘着、冲蚀以及机械振动，往往会导致系统响应缓慢、控制失灵甚至造成元件提前失效。比如研磨或划伤零件表面产生的磨屑，会堵塞控制孔口，甚至导致运动副卡死等。

2.1.1 对液压元件的清洗对元件的清洗净化，应该从最初的制造工序开始，尤其彻底清除由装配带来的污染物,确保元件的清洁度。对元件净化的过程，可分为铸件的清理、加工零件的粗洗和精洗。

常采用喷丸或在旋转筒中翻滚等方法来清除铸件表面粘结的型砂和氧化物。也可使用化学方法清洗。清除加工残留物、腐蚀物和油脂等则是粗洗的主要过程。精洗的对象则是对于元件清洁度要求极高的零件，一般可以采用超声波清洗和蒸汽浴清洗。超声波清洗的原理是利用激烈的超声波冲击力，对在超声波槽内浸泡的元件，实行超声波冲击，使得零件表面的污染物脱离而进行的清洗。安装前还要用洁净的压缩空气吹干净。而对于液压泵、液压马达、液压缸及各种液压阀等动态元件的清洗，可以采用流通法，利用专用清洗台对液压系统进行清洗。

2.1.2 对液压系统的清洗全面的清洗一定要在液压系统组装完毕后进行，目的就是把组装过程中带入的污染物清洗干净。仍然采取流通法清洗。这种专门的清洗装置往往包括液压泵、油箱、加热器和高精度大纳污容量滤油器。对于复杂的系统，可以采用分部分进行清洗。利用回路断开等方法，对于污染敏感的元件或对液流速度有限制的元件进行分离清洗。在清洗的过程中，采用低粘度的油液，高速度的液流，使得系统回路内的液流保持充分的紊流状态。当清洗进行到一定的程度，再进行循环清洗。

2.2 液压油的过滤与净化据有关资料报道，液压系统的故障中有80%以上是由于油液的污染引起的。而油液是机器设备的血液，不仅是传递运动和动力的工作介质，同时也具有、防锈、冷却的作用。其清洁程度直接关系到系统的稳定性。保证油液的清洁度最直接、最简洁的方法是依靠滤油器过滤，通过滤油器的过滤作用，以达到减少磨损，保障运行，延长元件及设备使用寿命的目的。

选则滤油器既要保证系统的清洁度，又要保证系统的正常运行。首先，应考虑过滤精度。较高的过滤精度是液压系统正常运行的保障。尤其对于液压伺服机构，更要求系统有较高的油液清清度。因此，对滤油器的精度要求一般为3-5μm或高于1μm。以使油液达到要求的清洁度；经验证明，选用过滤比β3>200的高精过滤器，同时配合高精度外循环过滤，可使泵和电动机的寿命延长4～10倍，能基本上消除液压阀的污染卡紧状况，并显著延长液压油的使用周期。其次，纳污容量。对于大型系统，可以采用大纳污容量的聚丙烯超长纤维滤材滤油器或双筒大纳污容量滤油器，这样可有效避免滤芯的频繁更换；即使需定期更换也无需中断工作。再次，需要将高、低精度的滤油器配合使用，方能既满足液压元件污染物耐受度要求又能降低系统维护运行成本。并尽可能减小流体阻力引起的压力损失。

最后，选择主滤油器精度时，还需考虑有效的滤除尺寸，并保证关键元件动力油膜间隙颗粒得以充分滤除。这样才能有效控制元件的污染磨损和相关污染引起的故障。

目前出现了专门的净油设备，如北京菲尔德公司生产的净油器。使过滤污染物更具专业化，滤除精度可达0.1μm。尤其对于油液在高温、高压环境下产生的大量易阻塞滤油器和节流口的的粘性树脂氧化物、硅胶等污染物效果会更好。

3液压系统污染监测与分析

3.1 对油液中金属磨屑的监控与分析75%～85%的系统故障归因于系统中的颗粒污染。而在油液的颗粒污染物中，金属磨屑占有20％-70％比率。金属磨屑主要来自于元件的磨损，因而对油液中的金属磨屑进行检测可以获得有关系统内元件磨损的信息。油液中金属磨屑的种类、形貌和含量等信息可反映元件的磨损形式、部位和程度，并能预测可能发生的故障和元件的剩余寿命，为采取必要的维修措施提供依据。由此可见，对油液中的金属磨屑的监测是液压元件磨损检测和故障诊断的有效方法和措施。

对油液中金属磨屑的检测通常可采用光谱分析、铁谱分析、颗粒计数分析、常规理化分析和磁塞检测等方法。并对原始数据进行数据处理、特征信息提取、以及图表分析、趋势分析和综合评价。光谱分析能够方便地检测出油液中各种金属元素的含量；铁谱分析法可以利用显微镜观察磨屑的形貌和尺寸，可分辨磨屑的种类；颗粒计数法可直接读出不同大小颗粒的数值，直观、方便；利用光密度计可检测磨屑的相对含量；磁塞法是利用设置在系统中的磁性元件拦截和吸附油液中的金属磨屑。当金属磨屑积累到一定量时，会通过控制系统发出电信号。

3.2 对油液污染的监控与分析对液压系统油液污染的控制，无论是防止污染物进入系统，还是采用合理的技术手段对油液进行过滤净化，都不能完全去除系统油液中的污染物。在确定元件的污染耐受度之后，定期对油液的污染度进行检测，采取合理、有效的措施控制，确保油液的清洁度。使得系统油液的污染度与关键液压元件的污染耐受度之间达到一定平衡。唯有如此，元件的寿命和可靠性才能得以保证。

对油液的污染监测是液压系统日常维护工作的重要环节。定期的检测与维护，能够有效防止故障的发生。按工况检测结果进行维修是经济而有效的方法。一般采用便携式监测仪器对设备进行实时监测，如振动、噪声监测、温度监测，对油液污染度的颗粒含量分析或铁谱分析。采用这种方法能够有效地发现机器发生故障的前兆，以便及时采取维修措施，以防止突发性重大故障的产生。

对油液的污染监测是整个工况监测和维护工作中最基本的环节。而取样点的选取关系到对油液污染的监测结果。

3.2.1 设定取样点取样点的选取需要考虑两个因素：第一，应该选取具有代表性的油样，比如从管路中取样所得的样液为动态样液。能较为准确的反映整个系统油液的污染状况；第二，应该把装置安装在系统内污染最严重且容易发生故障的部位，如滤油器的上、下游、主油泵下游等。当从油箱直接取样时，应尽量注意将取样管深入到液面以下的一半左右。保证油液中颗粒污染物充分混合并处于悬浮状态。当从管路中取样时应该计算取样点的雷诺数。只有在雷诺数Re>2000时，管中油液的流动才能处于紊流状态，才能使所取样液真实反映系统的实际污染状况。

3.2.2 取样间隔以运行时间确定取样时间是在整个油液污染监测和故障诊断中的重要内容，一般根据设备工作性质和系统压力确定取样间隔，同时考虑运行时间长短和技术状态的影响而对取样间隔进行相应的调整。对于工作初期（500h以内）的磨合状态，取样间隔要小，能够保证及时掌握系统的内部运行情况。特别要注意设备初始安装运行或大修后的的几天里要进行采样分析。在接近维修期限，要缩短取样周期。对于正常工作期间内出现的异常现象，如系统过热、工作不稳定、噪声和振动加大，则应立即进行采样分析。

4结语

对液压系统油液的污染监测是一种行之有效的预防性措施。在确定元件的污染耐受度后，应定期检测系统油液的污染度，以便采取有效的预防和控制措施，确保油液的污染保持在元件污染耐受度以内，以保证系统可靠性运行和元件使用寿命。所以，对液压系统油液的污染监测越来越成为日常维护的重要环节，对于保障设备正常运行和防止重大故障的发生起着积极的作用。

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