浅议大型养路机械油液污染控制

夏瑞平 上海客运专线基础设施维修基地

液压系统广泛地应用于各种工业设备。对于大型养路机械来说，液压系统就是大型养路机械（以下简称大机）的心脏。一个液压系统能否正常工作，除系统设计、液压元件制造和维护外，油的清洁度是十分重要的因素。油液的污染将会影响系统的正常工作，同时会使液压元件过度磨损，严重的甚至会造成大机设备的故障。液压油对大机犹如血液对生命，清洁的液压油在机械内循环流动是保证大机设备正常运行和润滑的重要条件。据国外权威资料统计，现场70%-80%液压系统的工作不稳定和出现故障都与液压油的污染有关。因此，对液压油污染控制就显得尤为重要。

大机液压油被污染指的是液压油中含有水分、空气、微小固体颗粒及胶状生成物等杂质。液压油受到污染常常是大机液压系统发生故障的主要原因，控制液压油的污染是保证大机正常工作的重中之重。

1 大机液压油污染的原因

大机液压油液被污染的原因是很复杂的，但大体上有以下几个方面：

（1）残留物的污染：主要指液压元件以及管道、油箱在制造、运输、安装、维修过程中，带入的砂粒、铁屑、磨料、焊渣、锈片、油垢、棉纱和灰尘等，虽然经过清洗，但未清洗干净而残留下来的残留物所造成的液压油液污染。

（2）侵入物的污染：主要指周围环境中的污染物，例如空气、尘埃、水滴等通过一切可能的侵入点，如外露的往复运动活塞杆、油箱的通气孔和注油孔等侵入系统所造成的液压油污染；还如维修过程中不注意清洁，将环境周围的污染物带入，以粗代细，滤清器几年不清洗、滤清不经常更换，换油或补油时不注意油的清洁，脏的油桶未经过严格的清洗就拿来用，从而把污染物带入。

（3）生成物的污染：主要指大机液压传动系统在工作过程中所产生的金属微粒、密封材料磨损颗粒、涂料剥离片、水分、气泡及油液变质后的胶状物等所造成的液压油液污染。这些颗粒污物类似于研磨金属加工面使用的研磨剂，液压系统中的污染颗粒随着液压油的流动而遍布整个液压系统。当通过泵、马达、油缸、阀各液压元件时，会加剧各摩擦副的磨损，产生出新的污染颗粒，造成恶性循环，大大降低元件的使用寿命，严重地威胁着液压系统的正常工作。油液分解残余物及表面活性媒介物等，它们会腐蚀机件，并使液压元件表面的污物分散到油液中去而难以清除，还降低滤清器附着污物的能力，常常使节流小孔堵塞，从而使液压元件失效造成大机设备故障。

（4）液压油中混入其它油品：目前上海局大机使用的液压油是壳牌的T46，这种液压油经过长时间证明很适合南方的大机。不同品种、不同牌号的液压油其化学成分是不相同的，当液压油中混入其它油品后，就改变了其化学组成，从而使其性质也发生变化。在大机这个行业中，曾经发生过油品混用。

（5）环境造成的污染：在大机这个特殊行业中，主要污染源就是它的作业环境。由于大机作业是露天作业，而且受恶劣的道床影响，一作业到处是灰尘。因此保证大机所有裸露在外的油管、油箱、液压元件等的密闭性就显得尤为重要。

2 大机液压油污染的判定

（1）污染度等级的划分：工作介质的污染用污染度等级来表示，它是指单位体积工作介质中固体颗粒污染物的含量，即工作介质中所含固体颗粒的浓度。为了定量地描述和评定工作介质的污染程度，国际标准化组织的标准ISO4406中已经给出了污染度等级标准（详见表1、表2）。表1指污染度等级用污染物颗粒的大小划分，表2指污染度等级用含污染物颗粒的数量划分。污染度等级用两组数字表示工作介质中固体颗粒的污染度，前面一组数字代表1 mL工作介质中尺寸不小于5 μm的颗粒数等级，后面一组数字代表1 mL工作介质中尺寸不小于15 μm的颗粒数等级，两组数字之间用一斜线分隔。例如污染度等级数字为18/15的液压油，表示它在每毫升内不小于5 μm的颗粒数在1 300~2 500之间，不小于15μm的颗粒数在160~320之间。

表1 油液污染度等级标准（1 mL中的颗粒）

表2 ISO 4406污染度等级

（2）通过大机液压油的油样分析来判断油液是否被污染。最简单的是从铁谱上判断干净的液压油和被污染的液压油。图1所示为干净的液压油，图2所示为被污染的液压油。

图1 干净液压油的铁谱图片

图2 被污染的液压油铁谱图片

3 大机液压油污染的危害

大机液压油被污染后对液压传动系统所造成的主要危害有：

（1）固体颗粒和胶状生成物堵塞滤清器，使液压泵吸油不畅、运转困难，产生噪声；堵塞阀类元件的小孔或缝隙，使阀类元件动作失灵；

（2）微小固体颗粒会加速有相对滑动零件表面的磨损，使液压元件不能正常工作；同时，它也会划伤密封件，使泄漏流量增加；

（3）水分和空气的混入会降低液压油液的润滑能力，并加速其氧化变质；产生气蚀，使液压元件加速损坏；使液压传动系统出现振动、爬行等现象。

4 大机液压油污染的控制

由于大机液压油被污染的原因比较复杂，液压传动系统工作过程中液压油在不断地产生污染物，因此，要彻底防止污染是很困难的。为了延长大机液压元件的使用寿命，保证液压传动系统的正常工作，应将液压油液的污染程度控制在一定的范围内。一般常采取如下措施来控制污染。

4.1 消除残留物污染

液压系统组装前后，必须对零件进行严格的清洗。特别是在更换新的液压元件时，一定要做到用干净的汽油或柴油洗干净后，再用干净的液压油冲洗。保证装机前液压元件的完全干净。

4.2 减少外来的污染

为了减少液压系统的污染源，应改善大机设备的运转环境，加强粉尘治理，减少工作现场的粉尘。油箱通大气处要加空气滤清器，向油箱灌油应通过过滤器，维修拆卸元件应在无尘区进行。

4.3 滤除系统产生的杂质

根据系统和元件的不同要求，分别在泵的吸油口、压力管路、泵的吸油管路、回油管路、伺服阀或调速阀的进油口处，按照要求的过滤精度，设置滤清器，选用滤清器时还要考虑纳垢能量。在精度相同的情况下，应尽量选用滤油面积大的滤清器。在需要时，还可以增设外循环过滤系统（此时过滤精度βn可选用大些）从而使系统的污染物控制等级得到提高；应定期检查滤清器的滤网有无破裂，若有破裂要及时更换，对变质油和清洁度超标油禁止使用，油箱内壁一般不要涂刷油漆，以免油中产生沉淀物质，为防止空气进入系统，回油管口应在油箱液面以下，液压泵和吸油管应严格密封。另外，应根据需要，在系统的有关部位设置适当精度的滤清器，并且要定期检查、清洗或更换滤芯。

4.4 控制液压油液的工作温度

在没有特定要求的情况下，可有限地考虑选用体积式调速回路，此种调速回路温升小、效率高；用扩大油箱容量和通风自然冷却来缓解油温的升高；另外还可以采用双油箱结构方案，以实现不同温升情况下的油温调节；当系统功率损失较大，发热量大而结构又不允许有较大的油箱容量的情况下，可采用冷却器进行强制冷却；

4.5 加强大机液压系统的维护保养和管理

（1）选择合适的液压油。要根据液压系统的特点和使用环境，选择合适的液压油，首先要求具备合适的粘度、合适的固体颗粒污染等级，其次，要考虑液压油的抗氧化性、抗乳化性及是否有耐磨添加剂等，此外，还需考虑液压工作介质与元件金属材料及其密封材料的相容性。综合以上因素，目前我们选用的液压油牌号为T46。

（2）加强油品管理。为保证出库油品的质量，必须定期对库存油料进行取样化验。新油入库时应化验，不合格的油品不准入库；油应妥善保管；建立液压设备“用油卡”；油液转筒或注入时应使用过滤器；并注意油筒、注油口、漏斗口等容器的清洁。

（3）定期清洗滤芯、油箱、管道和元件内部的污垢，定期更换滤芯。建立大机液压系统一级保养制度。

（4）通过检查油质来确定是否该换油。因为不同的液压油的使用寿命不同，同一种液压油在不同的设备、不同的环境、不同的维护条件下，使用期限相差很大。常用来检测液压油污染度的方法有以下几种：铁谱分析法（此方法无法检测非磁性污染物）、光谱分析法（此法不能分析大于5um的颗粒）、重量分析法（此方法无法核查污染颗粒的尺寸大小及分布）、自动颗粒计数法（可以直接读出颗粒的尺寸大小及分布）。前面这些方法在某些场合，如野外和生产现场就受到限制，这些场合可使用便携式污染测量仪来检测。如DCA数显式污染报警仪、CM20测试仪、KLOTZ污染检测仪、PFC200颗粒计数器、PCM100污染度检测仪。若没有这些仪器，可采用目测法和比色法。目测法就是通过看油的颜色、嗅油的味道、摸油液的光滑度来估测液压油的污染程度。也可用两只洁净透明的玻璃瓶，一只装待测的液压油，另一只装新的液压油，将两只瓶子对着太阳看，来估计液压油的污染度。比色法是指将一定体积油样中的污染物用滤纸过滤出来，然后根据滤纸颜色来判断介质污染程度。具体方法：取同数量使用油和同号纯油各少许，分离滴在滤纸上，过一定时间后，比较两种滤纸的颜色，从而确定油液污染程度和确定是否换油。换油时要清洗油箱，冲洗系统管道元件。

为了有效地控制液压系统的污染，以保证液压系统的工作可靠性和液压元件的使用寿命，国家制定的典型液压元件和液压系统清洁度等级见表3、表4。

表3 典型液压元件清洁度等级

表4 典型液压系统清洁度等级

5 结束语

综上所述，在大机行业中，控制液压油污染显得特别重要。由于大机使用的液压元件都是进口件，进口周期长、价格昂贵。一旦液压元件由于被污染而损坏，轻则会影响单位的正常施工生产，严重的甚至会影响铁路的正常运输秩序，给我国铁路带来不可估量的损失。