污染控制視角下降低液壓系統故障率的策略研究

張小衛

（濰柴動力（濰坊）鑄鍛有限公司，濰坊 261000）

0 引言

液壓傳動是以液壓油為工作介質進行能量轉換和動力傳遞的，它具有很多優點，如液壓傳動的結構比較緊湊，布局起來比較容易，它的傳遞能量比一般的系統要大，因此該液壓系統在工程機械領域得到了比較廣泛的應用。大量事實表明，液壓系統的故障是由于液壓污染引起的，在使用液壓系統時要把它看作像人的血液一樣保持足夠的清潔，才能確保液壓系統的故障率在最低限度，所以對液壓系統油液污染進行控制，可以大大提高液壓系統的可靠性和液壓元件的使用壽命，降低液壓系統的故障發生率。

1 污染控制平衡關系

美國俄克拉荷馬州立大學的E.C.Fitch教授在分析液壓元件污染壽命與各因素之間的關系的基礎上，提出了污染控制平衡圖。該平衡圖所描述的液壓系統的污染控制平衡，是通過兩架天平來實現的，一臺天平反映系統的過濾特性即污染控制的能力[1]。另一臺天平則反映液壓元件的耐污染能力，兩臺天平分別指示了元件的污染壽命與油液污染度和元件耐受度的關系。天平的砝碼就是與污染控制各個因素的有關參量。

E.C.Fitch教授提出的污染控制平衡圖中，左邊的天平反映系統油污染度與過濾器精度、流量以及污染物侵入率之間的關系。從該天平的平衡關系可以看出，如果通過提高過濾器的過濾比，增大過濾流量Q，并且同時降低污染物的侵入率，那么就能降低液壓傳動系統內油液的污染度，增加液壓傳動系統元件的工作壽命和它的可靠性。換句話說，這些措施也就是能夠降低液壓系統的故障發生率。污染控制平衡圖中右邊的天平表達了液壓元件污染磨損理論和污染耐受度的基本內容，具體反映了油液的抗磨性、液壓元件的抗磨性、污染物磨損性等因素對液壓元件耐受度和污染壽命的影響。

為了保證元件的工作壽命，在油液污染度和元件污染耐受度之間必須達到合理科學的平衡。采取的主要途徑有采取有效的污染控制措施，降低油液的污染度，即提高油液的潔凈度，還有就是提高元件的污染耐受度。

2 液壓系統中常見的污染物

固體顆粒、水分、空氣、化學物質和微生物等是液壓系統中的主要污染物。此外，從廣義上來說，在機械液壓系統中，各種靜電、磁場、熱能和輻射以能量的形式存在。污染物主要是由于靜電和磁場的吸引。這些吸力可以使顆粒吸附在液壓系統的表面或間隙上，從而導致液壓系統部件的污染磨損或夾緊。此外，系統中的熱能可以提高油溫，使油潤滑性能降低，部件泄漏增加，加速油劣化和密封失效[2]。

3 液壓系統最常見的故障分析

液壓系統最常見故障的表象特征就是在規定的條件下及規定的時間內，未完成規定功能，液壓元件污染卡緊。主要的原因是當液壓油中的微粒污染物進入相對運動間隙時，會引起污染磨損，導致運動副之間的啟動力（夾緊）增大，甚至運動副也不能啟動（卡死）。

一般來說，有兩種污染情況。一種是，靠近臨界間隙或大于臨界間隙的少量顆粒被堵塞在運動間隙的一部分中，導致部件被堵塞，但是這些顆粒可以通過使用選擇性過濾器來控制。所以，這種情況下出現卡緊現象的幾率比較小。第二種情況是由大量小顆粒污染物在運動間隙內逐漸積起來而引起卡緊，這些小顆粒污染物是濾油器過濾不了的[3]。

4 加強液壓污染控制

4.1 重視液壓系統的可靠性設計

在選擇液壓元件時，必須對功能、性能和可靠性等因素進行全面的評估。應選擇具有高耐污染性的成熟可靠的液壓元件，做到從源頭上把關和控制。液壓系統設計中要重視過濾器的選配，過濾器的選用必須秉承科學合理的原則，基于系統中關鍵液壓元件的靈敏度和系統中污染物的侵入和生成水平，應綜合考慮過濾器的各種性能指標。過濾器的絕對尺寸精度應小于系統中的關鍵液壓元件的最小臨界間隙尺寸。

4.2 減少污染物和潛在污染物

減少液壓系統中液壓油和液壓件中固有的污染物和潛在污染物，是污染控制的舉措之一。為了嚴格檢查液壓元件的污染，特別是從國外購買的液壓元件，污染控制的要求應向生產廠家提出。在運輸和儲存過程中，為了防止污染物的侵入，所有的油口都應該密封和封口。在裝配前（無論是新的還是修理的），所有部件和附件都必須仔細清洗。為了加強液壓油的污染管理，在進入工廠之前必須對油進行取樣和檢查，并在進入油箱之前過濾具有各種指示劑的合格油。

4.3 防止污染物侵入液壓系統

液壓系統在運行的過程中要注意防止污染物侵入液壓系統。一是在液壓系統裝配之前，為了控制環境中的粉塵含量，裝配車間應采用空氣凈化措施和室內加壓，使室內空氣壓力略高于外界，從而防止大氣中的粉塵污染，實現裝配車間的粉塵控制。可以采用濕法加工和干法組裝的方法，所有清洗過程都用清潔油清洗。影響裝配質量的零件表面應采用干式裝配，即用干壓縮空氣干燥，然后組裝。二是在系統運行過程中，要注意保養。在燃油箱的通風孔和活塞桿上安裝可靠的防塵裝置，液壓油的泄漏不能直接送回油箱，系統加油必須嚴格過濾，組裝用具、加油容器和濾網必須保持清潔。當系統部分故障或拆卸時，有必要防止環境污染系統，不立即組裝部件，注意污染。

4.4 防止系統中污染物的形成。

系統中產生的污染顆粒主要是由摩擦副磨損的金屬顆粒和系統中由銹和油漆剝落產生的污染物。為了控制和減少這些顆粒污染物，過濾方法可用于凈化，從而對機油濾清器的維護提出了更高的要求。另外，在選擇液壓油時，必須注意與液壓元件的相容性，特別是密封材料。必須嚴格控制液壓油的溫度和油中的氣泡，防止油的氧化和變質。

5 結束語

液壓系統故障的發生，取決于液壓系統中部件的抗污染性和系統油的污染。搞好液壓系統的污染控制是降低液壓系統故障率的有效措施。液壓系統中的主要污染物包括固體顆粒、水、空氣、化學品和微生物。此外，還存在各種形式的靜、磁、熱和輻射能。做好液壓系統污染控制，要重視液壓系統的可靠性設計，減少系統中的污染物和潛在污染物。只有做好污染控制，才能保證液壓系統的可靠性，降低液壓系統故障發生率。