液壓油的污染及污染控制

尚哲

摘 要：本論文從液壓系統故障原因大多為油污染所致，重點闡述了如何合理選擇液壓系統用油，分析造成污染的原因和控制污染的措施以及液壓油污染度的檢測。目的是使大家能正確使用和操作液壓設備，確保主體生產設備的正常運行。

關鍵詞：液壓油；污染控制；污染的檢測

1 液壓油的合理使用

液壓系統中的液壓油要具備三種主要基本功能，即傳遞動力、潤滑相對運動部件以及帶走系統內所產生的熱量等。此外，還要有防銹、防腐、抗磨性、消泡等作用。因此對油液性能，如粘度、粘溫指數、體積彈性模量、抗磨性、流點、可燃性、氧化穩定性等等均有具體要求。通常以液壓系統的工作環境和工作條件以及經濟性選擇不同類型、不同牌號的液壓油。

如液壓系統中有油泵、各種閥類、油缸或油馬達，其中以油泵運轉速度最快，壓力大，溫度高，所以油泵是系統中的主要部件，一般根據油泵的要求選擇液壓油的粘度及抗磨性等。

冶金工廠的有些設備工作環境靠近熱高溫區且有明火，因此這種場合較多使用抗燃液壓油。一般冶金設備負荷較大，冷區設備液壓系統大多使用抗磨液壓油。工程機械工作環境十分惡劣，氣溫變化較大，所以其液壓系統用油應具有良好的抗磨性、粘溫性以及良好的抗氧化穩定性和低溫起動性能等，常使用抗磨液壓油或低溫液壓油。

機床液壓系統對油液的要求有以下幾種情況：高壓系統宜用抗磨液壓油；數控機床具有電脈沖馬達的開環系統宜用數控液壓油；而具有電液伺服閥的閉環系統則要求使用清凈液壓油。由此可見，液壓系統用油是需經多方因素考慮選擇的且有一定規律。但是長期以來，我國液壓系統用油一直比較隨便，不少液壓系統仍采用機械油作為傳遞壓力介質。由于機械油的氧化穩定性、消泡性和粘溫性能較差，容易生成粘稠膠質，堵塞元件，產生泡沫，使壓力和流量不穩定，造成液壓設備運轉不正常，元件磨損，使用壽命縮短等嚴重問題。

2 液壓油的污染及污染控制

液壓油的污染是造成液壓系統故障的主要原因，而因液壓系統事故造成連續生產線的全線停產以及設備、人身事故這類事例也屢見不鮮。因此，為使液壓系統和各種元件達到所要求的可靠性和使用壽命，必須對液壓油進行適度的污染度控制。下面就液壓元件制造、液壓系統安裝以及操作使用過程中的污染及相應的控制方法分析如下。

2.1 油液運輸儲存與污染控制

油液在運輸和儲存中會因長期保存而氧化產生顆粒污染物，或者因為盛油的容器本身不潔凈而污染油液。因此，認為新油本身是潔凈的而不需經過濾直接加入系統的做法是錯誤的。正確的做法是：對新到的油液抽樣進行化驗分析，確認其理化性能以清潔度可以使用。其次對油箱作徹底清潔，再用符合液壓系統精度要求的油過濾器過濾后將油液加入油箱。

2.2 液壓元件制造出廠前的污染控制

液壓元件制造工序復雜，通常要經過鑄造、清砂、粗加工、磨削、精磨、組裝、試驗等工序。我國的液壓元件專業生產廠對零部件每道工序之后均有嚴格的清洗制度和方法。元件組裝還常在接有清凈沖洗油的工作臺上進行，組裝后經檢驗合格后防銹包裝出廠。問題是出廠的元件要逐個在試驗臺作檢測，試驗臺的油液又流經被檢測件的內腔，所以用油的污染度將直接影響液壓件的清潔度。而在試驗臺檢測的元件正處在最初運行階段，零部件各摩擦面上掉下的固體顆粒較多、較快，是污染油液的高峰期，必然加速油箱內的油液污染。因此液壓試驗臺的油液必須采取定期沖洗、換油以及采用旁通路循環過濾凈化的辦法有效控制油液污染度，以確保元件不在試驗階段損壞并保證出廠元件的清潔度。

2.3 液壓系統安裝、維修過程中的污染及控制措施。

液壓系統安裝，特別是配管施工工序較多，從管子加工，包括管子切割、打坡口、彎管到管子焊接、組裝，施工中難免有砂粒、切屑物、磨料、焊渣、銹片、纖維和塵埃等侵入系統。但只要認真對待每道施工工序，嚴格按施工規程施工，系統組裝后再經酸洗、油沖洗是完全可以保證系統的清潔度要求的。

管道加工時管子切割應使用鋸斷或管刀切斷并去除毛刺，嚴禁使用氧-乙炔火焰切割的方法。因為火焰切割難以使管子端面整齊劃一，而且還會將切割時的熔渣、飛濺物等熔粘在管子內壁，而恰恰是此類熔渣、飛濺物往往是酸洗難以除去而直接影響沖洗的時間和質量。在使用插入式焊接接頭或法蘭時要特別注意。因為此類接頭與管子外壁、管端均有間隙，一旦顆粒污染物進入縫隙中就可能給今后使用造成隱患。所以管子切割后的管端面應盡可能同管子軸線垂直，并去掉毛刺及飛邊，以保證管子端面同管接頭內平臺接觸良好，將間隙控制在最小，減少污染物棲身場所（見圖1）。

液壓管道焊接在冶金部標準YBJ207-85規定：管子對接焊接必須使用氬弧焊或氬弧焊作底層焊后再用電弧焊成型。我們在液壓管道施工中就已嚴格按此規定實施，而且對插入式焊接接頭的角焊縫都采用氬弧焊打底焊，對法蘭里口規定用氬弧焊接，以杜絕污染顆粒棲身地。實踐證明這是行之有效的辦法。另外對于焊接后不再酸洗的管子焊接，必須在焊接時管內充保護氣體（氬氣），以防管內產生氧化物造成管內污染。但是，應該指出，有些液壓元件制造廠組裝出廠的液壓泵站以及有些設備制造廠配制的液壓配管，施工及不規范，采用電弧焊直接焊管子，管子酸洗不好，裝置內污染十分嚴重就出廠了，這種對用戶不負責任的事情應當加以制止。

此外，管子施工中，對于采用螺紋連接纏繞密封帶時，應在管端留出兩扣，以防密封材料進入管內。擦洗管內壁或清洗油箱時要使用泡沫塑料或海綿，禁止使用纖維布，以防布纖維污染油液。

配管安裝好后，按傳統的辦法是將管子編號后拆除，進行槽式酸洗，然后再組成回路作一次沖洗，之后二次安裝再作二次沖洗。這種辦法的缺點是費工費時，而且二次安裝時難免將污染物帶入管系內，另外槽式酸洗容易因管內有“空氣袋”而造成局部酸洗不徹底，因此油沖洗往往時間較長，清潔度也較低。85年以來，我們已經應用在線循環酸洗的新工藝，速度快，質量高，油沖洗時間短且精度高，油清潔度達到NAS 5級已不是件難事了。循環在線酸洗需要注意的是：酸洗回路組成要合理；脫脂要徹底，以保證酸洗效果；酸洗后的管子內的水份必須排放徹底，以免殘留的水份和沖洗油發生乳化，造成新的污染。沖洗用油一般采用與液壓系統工作用油相同的油液，以防止沖洗油和工作油不相容而發生油變質。油沖洗必須是油液在管內形成紊流狀態，即要求較高的流速，以清洗掉系統內的污物。

2.4 液壓系統使用中的污染及過濾凈化設計

液壓系統使用中，金屬表面的銹蝕、腐蝕物以及密封材料磨損等會產生顆粒狀污染物；過濾材料的顆粒或纖維脫落，油箱油漆剝離等也會污染系統；油箱密封不好或密封好的油箱因“呼吸”作用，空氣中的塵埃也可能侵入系統；液壓缸活塞桿的往復運動也可能把外界的臟物帶入系統。這些污染物加上施工中遺留的顆粒污染物對液壓系統的影響是嚴重的。由于元件的某些精密間隙積聚了污染顆粒，致使摩擦增加動作不靈敏，性能不穩定，甚至會發生污物阻塞，卡死相對移動的部件，使之嚴重損壞系統而失控。如換向閥卡死不能換向、液控單向閥或液壓鎖失靈以致油缸不能準確動作、溢流閥卡死失靈致使系統壓力無法設定……此外，污染的顆粒還會導致元件內要求嚴格的表面逐漸而持續地磨損，伴隨產生新的磨屑，繼續污染油液，造成“磨損連續式反應”，加速元件損壞，加大系統的事故發生頻率。

為了有效防止污染物損害液壓元件，保護系統工作正常。通常油液凈化是采用機械式的油過濾器。過濾器一般安裝在油泵吸油管路、泵排油管路、系統回油路上或采用裝在溢流卸荷旁通管路以及采用獨立的旁回路過濾裝置。

在選擇過濾器型號及安裝位置時，應考慮其工作壓力和流量以及對通過重要元件所要求油液的清潔度。一般安裝在油泵吸管上和泵排油管上的油過濾器流量與工作油泵輸出油量相同；在估算系統回油管路上的過濾器的流量時，必須考慮油液的壓縮性和因油缸有桿腔與無桿腔排油量不同而產生的流量變化，尤其在系統中使用蓄能器的場合，更要仔細計算蓄能器在油液釋放時油流量增加選擇合適的過濾器。為了保證油液的清潔度，保護液壓元件，應當根據液壓系統的要求不同，選用不同過濾精度的油過濾器（見表1）。

一般使用齒輪泵和葉片泵的系統吸油管路上設置粗過慮器，精度在100～200目（150微米～75微米）；柱塞泵對油的清潔度要求較高，常見用20微米過濾器精度的過濾器。有時為了彌補柱塞泵自吸能力較差的缺點，還配備專門的供油泵。排油管路上可設置精過濾器，其過濾器精度根據系統要求決定，一般為20～30微米。而進入電液伺服閥前的精過濾器過濾精度達到3微米。此外，為確保電液伺服閥運行可靠，在伺服閥內油液進入噴嘴擋板前，自身還有一道高精度的過濾設施（常用粉末冶金濾芯，精度在1～3微米）。系統回油管路上的過濾器承受壓力較低，可以使用較高精度的紙質過濾器。有些系統總體要求清潔度高的場合，采用獨立的旁通回路濾油裝置，而且常常采用較高的過濾精度，也可使用活動的精密濾油車，效果較好。有的液壓系統為吸附微細含鐵金屬磨損物，在油箱內放置永磁塊，還有在主過濾器上接一個磁性塞。

2.5 防止水進入系統

水是液壓系統常見的污染源之一。油箱中的水份蒸發為水蒸氣后將對油箱上部產生氣相銹蝕；油中的水會破壞油膜的連續性，降低油品的潤滑性能；水份與油還會使油乳化或生成油污等污物促進油液劣化。由于水份污染影響嚴重，一般液壓系統規定水份含量不得超過0.1%，精密設備要求更高些。

液壓系統混入水的途徑主要是油箱和冷卻器。在潮濕環境下的開放系統，大氣中的水份很容易通過呼吸閥進入工作油。處理辦法一是加強油庫通風改善環境條件，另外最好設法將呼吸閥通到干燥的大氣中。對于設有冷卻器的液壓系統，要特別注意冷卻器的滲漏。

3 液壓油污染的檢測

為了確保液壓系統工作的可靠性和延長元件的使用壽命，除了合理使用液壓油，還要正確地進行油液污染分析和可靠的污染檢測辦法，以做到經濟合理地補充或更換油液。

目前，國際上常用美國航空與航天標準（NAS 標準）作為油污染檢測判定標準。分顆粒計數法和重量法兩種方法。顆粒計數法是以100毫升油液中含有大小不同顆粒的數量來分級表示（見表2）；重量法是以100毫升油液中含顆粒污染物的重量來分級表示（見表3）。我國現仍使用冶金部標準（YB207-85），并規定冶金工業液壓系統油污檢測采用顆粒計數法。通常液壓伺服控制系統要求油液的清潔度為NAS 5-7級，比例控制系統為NAS7-9級，液壓傳動系統為NAS 9-10級。稀油潤滑系統油清潔度為NAS11-12級。工程機械液壓系統宜用NAS9-10級。

污染檢測前的油樣采集工作很重要，如取樣部位、時間，采用方法不當就不能真實地反映油液的情況。取樣的部位同檢測的目的有關，分別說明如下：

（1）液壓系統安裝結束進行系統循環沖洗時取樣，其目的是檢驗新安裝系統（管子、閥件等）內部的清潔度，所以通常在循環沖洗的狀態下，在回油管進油箱前的回油過濾器前取樣；

（2）要掌握液壓系統運轉狀態時液壓油真實情況時，要在液壓泵、液壓缸等工作時，并且工作油溫度正常的狀態下進行采樣。此時，如要調查油箱內部及運行中油液狀態，則應從油箱中油液上部或中部取樣（一般油箱壁上設有取樣閥）；如果調查容易受污染影響的液壓元件前后的油液狀態時，則從該元件前后入口及出口取樣。

（3）要調查油箱底部沉靜狀態沉積物的性質、數量、大小和含水量時，則應在油液靜止二十四小時以上，從油箱底部排放閥處取樣。但不論哪種取樣方法都應注意取樣點的清潔工作，一般取樣前先排掉少量油，以沖凈取樣口。另外就是取樣用瓶要采用干凈密封的玻璃瓶，并油樣上寫明液壓系統名稱、油液牌號、取樣時間等。

國外現在已很少使用重量法，并已經逐漸使用簡便、快速、準確的自動顆粒計數法。我國使用自動顆粒計數法的單位不多，常用顯微鏡人工顆粒計數法，顆粒計數法需要幾個小時。當然使用比較法檢驗油樣需要有經驗的化驗員來操作。此外，通過顯微鏡還可分辨污染物的種類，如金屬顆粒、纖維、橡膠、漆皮等。

常期連續使用的液壓系統或偶爾使用的液壓系統，還應定期對液壓油的含水量、理化性能作測定，以保證系統運轉正常。

4 結束語

總之，液壓油的污染因素很多，對液壓系統的影響也很嚴重。但是只要我們真正認識油液污染的危害性，認真操作，合理使用和維護液壓油，相信一定會對液壓系統安全運行發揮重大作用的。