工程机械液压系统污染分析

摘 要

结合工程机械的实际使用情况，通过分析液压系统污染的危害和原因，认为颗粒 污染是液压系统失效的最主要根源；并根据液压系统污染平衡原理，提出了工程机械 液压系统污染综合控制方法，重点就工程机械全面清洁度控制思想作了阐述。

关键词

颗粒污染 污染平衡原理 高精度过滤 全面清洁度

随着我国基础建设事业的发展，各种类型的工程机械广泛应 用于各种建设领域。由于液压传动技术因其具有传动装置体积 小、质量轻、结构紧凑、动作灵敏、便于实现自动化等优点，被 广泛应用在桩工机械、起重机械、挖掘机械、路面机械等许多 工程机械上。但是液压技术发展中始终存在两个难题困扰着制造 商和用户，一是泄露，二是污染。对于在工程机械上广泛应用的电 磁比例控制系统和液压伺服控制系统来讲，污染控制显得更为重 要。

1 工程机械液压系统污染的危害及原因

在工程机械液压系统中，污染通常指的是液压油的污染。人 眼看起来是很“干净”的油液，其中可能悬浮着大量的微小颗粒， 正是这些颗粒对系统性能产生极大的影响;对于泵类元件，会使 泵的传动部件如柱塞泵中柱塞和缸孔，叶片泵的叶片和叶片槽， 齿轮泵的齿轮和壳体等零部件产生磨损或卡死，使动作失灵；对 于阀类元件会堵塞节流孔和阻尼孔，使阀的性能变坏；对于液压 缸，污染颗粒会加速密封件的磨损，使泄露量增大。就履带式沥 青摊铺机而言，由于液压油的污染常常会导致行走柱塞变量泵的伺服阀堵塞(见图1和图2)，影响 了泵的排量，使沥青摊铺机出现“跑偏”现象，严重的会使行走系 统失灵，无法工作。

图1 颗粒引起的滑阀卡紧

图2 伺服阀的喷嘴-挡板处喷嘴堵塞示意图

由于液压油污染而导致油液失效还有一些原因，比如油液化 学和物理性质的变化，这主要是由于系统的过热、过载以及油液泄露而引起的。

统计资料表明：液压系统的故障约70%是由颗粒污染物引起的。这些颗粒通常来自液 压元件的磨损，这是由液压系统内部生成的；还有一部分颗 粒来自于外界，是在液压系统的装配或维修时带入的。因此， 油液的颗粒污染是液压系统失效的最主要根源。

2 液压系统污染平衡原理

在一个液压系统中，油液污染度与所采用的过滤器的过 滤精度及单位时间侵入系统的污染物数量有关。污染源也是 多方面的，包括外部侵入和内部生成的。因此，要精确分析 液压系统的油液污染状况与各因素之间的关系，就需要运用液压 系统污染平衡原理。在液压过滤系统中，污染物的外界侵入、 内部生成与污染物的滤除之间存在着动态平衡问题，而达到这 一平衡的速度及平衡点的位置取决于污染物侵入率R、过滤比 β值、过滤流量Q和过滤精度等。这4个参数若能合理选择、适当搭配，就能使油液的清洁度达到我们所需要的目标值， 同时使液压系统达到令人满意的性能和延长使用寿命。通过 过滤器对液压油进行过滤，进一步对过滤器积留污染物种类 进行分析，还可以帮助查找磨损部位，及早进行故障隐患的 分析，及时进行处理，防故障于未然。

3 液压系统污染的综合控制

在通常情况下，若液压系统出现故障，所采取的措施无 非是清洗出现问题的泵、马达或阀，清洗或更换滤芯。这种方 式固然可以解决一些问题，但往往都是在问题出现后采取的 一种被动的措施，问题没有从根本上解决，可能没多长时间 同样的问题会再次出现。工程机械液压系统中所出现的故障， 其根源往往都在于液压油的污染问题，而对于液压系统污染 的综合控制成了避免系统故障，提高工程机械可靠性和寿命的 一个最主要的方式。以下为几种控制液压系统污染的思路。

3.1 做到主动维护

主动维护是一种新的维修观念，是在工程机械正常工作 阶段采取的一些必要的措施，通过检测可能导致失效的系统 参数，如油液清洁度、材料物理化学性能及温度等，采取维护 措施保持这些参数在容许的范围内，以保证设备正常的工作 状态。就工程机械来说，由于工作环境恶劣，系统污染的可能性 就更大，可采取以下措施来控制系统污染：

(1)保证液压系统的密封性，防止泄露，防止外界污染物的 侵入。

(2)控制油液温度，防止系统过热。

(3)定期清洗，更换滤芯。

(4)定期化验油液成分，分析可能的污染源。

(5)定期更换液压油。

实践表明:主动维护的成本是最低的。

3.2 发展高精度过滤技术

根据液压系统污染平衡原理，系统油液的污染度主要取 决于系统总的污染侵入率和过滤净化能力。因此采用有效的 过滤系统，可保持非常高的初始清洁度。为了提高系统工作 的可靠性，延长设备的使用寿命，重要的一些回路采用高精 度过滤器。如履带式沥青摊铺机上的电控变量泵—马达闭式 回路中采用过滤精度为10μm的过滤器，使液压油具有一定 的清洁度，保证了沥青摊铺机工作的可靠性。

高精度过滤技术的关键在于过滤材料，研制开发高性能的新型过滤器材料，合理解决过滤精度、压力损失和纳污容量之 间的制约，是提高过滤器性能的关键。近年来，高精度无机纤维 滤材(丝径为1～2μm或更小)与较粗纤维搭配，并采取在滤材厚 度方向孔径梯度变化结构，显著提高了滤材的纳污容量。此外， 不锈钢纤维烧结滤材、特种金属、编制网等耐高温、耐腐蚀的 高强度滤材的采用，扩大了过滤技术的应用范围。

3.3 实现全面清洁度控制

有这样一个观点:只要在液压回路中安装了过滤器就是对 液压系统污染的控制。其实这种看法是很片面的，过滤器只 是系统污染控制过程中的一个环节，仅仅靠过滤器来控制系 统污染是很不够的。为了有效的控制液压系统的污染问题， 美国Pall公司提出了“全面清洁度控制(TCC)”的观念。所谓 TCC，实行的是一种类似全面质量管理(TQC)的管理程序，旨 在从单个零件的生产到系统开始运行以及今后的使用过程中， 降低污染物的发生率及影响。

全面清洁度控制(TCC)也综合体现液压系统污染平衡原理， 其内容包括了液压系统的元件制造、系统设计、设备安装、冲 洗、清洁度等级标准制定、运行过程中的油液过滤，油液质量 管理等硬件和软件方面的内容，并实行全过程、全系统的管 理(见图3)。结合工程机械的生产和应用实际，实行全面的清洁 度控制应做好以下几方面的工作：

(1)使相关技术人员、管理人员和操作人员充分认识到全 面清洁度控制的重要性。

(2)找出系统的污染源，并加以控制。

(3)抓好关键颗粒的污染控制。

(4)控制污染颗粒的生成速度。

(5)制定适合于不同系统的清洁度标准。

(6)油液清洁度的在线检测。

图3 TCC工作范围框图

4 结语

随着液压传动技术的发展，新型电液比例控制技术和液压伺服控制技术广泛应用在各种 型式的工程机械上，给油液的污染控制提出了更高的要求。 本文就工程机械的应用实际，通过分析液压系统污染的危害 和原因，结合液压系统污染平衡原理，提出了系统污染的综 合控制方法。这必将成为今后解决工程机械液压系统污染问 题的一种思路，对于提高工程机械可靠性和寿命有一定的现 实意义。

参考文献:

1、胡邦喜.液压润滑系统的清洁度控制.冶金工业出版社

2、Ian C Reed.全面清洁度控制和诊断趋势.液压与气动.1999.(1)

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工程建设机械2005.NO.8

使用与维修