液压油的污染及污染控制

尚哲

摘 要：本论文从液压系统故障原因大多为油污染所致，重点阐述了如何合理选择液压系统用油，分析造成污染的原因和控制污染的措施以及液压油污染度的检测。目的是使大家能正确使用和操作液压设备，确保主体生产设备的正常运行。

关键词：液压油；污染控制；污染的检测

1 液压油的合理使用

液压系统中的液压油要具备三种主要基本功能，即传递动力、润滑相对运动部件以及带走系统内所产生的热量等。此外，还要有防锈、防腐、抗磨性、消泡等作用。因此对油液性能，如粘度、粘溫指数、体积弹性模量、抗磨性、流点、可燃性、氧化稳定性等等均有具体要求。通常以液压系统的工作环境和工作条件以及经济性选择不同类型、不同牌号的液压油。

如液压系统中有油泵、各种阀类、油缸或油马达，其中以油泵运转速度最快，压力大，温度高，所以油泵是系统中的主要部件，一般根据油泵的要求选择液压油的粘度及抗磨性等。

冶金工厂的有些设备工作环境靠近热高温区且有明火，因此这种场合较多使用抗燃液压油。一般冶金设备负荷较大，冷区设备液压系统大多使用抗磨液压油。工程机械工作环境十分恶劣，气温变化较大，所以其液压系统用油应具有良好的抗磨性、粘温性以及良好的抗氧化稳定性和低温起动性能等，常使用抗磨液压油或低温液压油。

机床液压系统对油液的要求有以下几种情况：高压系统宜用抗磨液压油；数控机床具有电脉冲马达的开环系统宜用数控液压油；而具有电液伺服阀的闭环系统则要求使用清净液压油。由此可见，液压系统用油是需经多方因素考虑选择的且有一定规律。但是长期以来，我国液压系统用油一直比较随便，不少液压系统仍采用机械油作为传递压力介质。由于机械油的氧化稳定性、消泡性和粘温性能较差，容易生成粘稠胶质，堵塞元件，产生泡沫，使压力和流量不稳定，造成液压设备运转不正常，元件磨损，使用寿命缩短等严重问题。

2 液压油的污染及污染控制

液压油的污染是造成液压系统故障的主要原因，而因液压系统事故造成连续生产线的全线停产以及设备、人身事故这类事例也屡见不鲜。因此，为使液压系统和各种元件达到所要求的可靠性和使用寿命，必须对液压油进行适度的污染度控制。下面就液压元件制造、液压系统安装以及操作使用过程中的污染及相应的控制方法分析如下。

2.1 油液运输储存与污染控制

油液在运输和储存中会因长期保存而氧化产生颗粒污染物，或者因为盛油的容器本身不洁净而污染油液。因此，认为新油本身是洁净的而不需经过滤直接加入系统的做法是错误的。正确的做法是：对新到的油液抽样进行化验分析，确认其理化性能以清洁度可以使用。其次对油箱作彻底清洁，再用符合液压系统精度要求的油过滤器过滤后将油液加入油箱。

2.2 液压元件制造出厂前的污染控制

液压元件制造工序复杂，通常要经过铸造、清砂、粗加工、磨削、精磨、组装、试验等工序。我国的液压元件专业生产厂对零部件每道工序之后均有严格的清洗制度和方法。元件组装还常在接有清净冲洗油的工作台上进行，组装后经检验合格后防锈包装出厂。问题是出厂的元件要逐个在试验台作检测，试验台的油液又流经被检测件的内腔，所以用油的污染度将直接影响液压件的清洁度。而在试验台检测的元件正处在最初运行阶段，零部件各摩擦面上掉下的固体颗粒较多、较快，是污染油液的高峰期，必然加速油箱内的油液污染。因此液压试验台的油液必须采取定期冲洗、换油以及采用旁通路循环过滤净化的办法有效控制油液污染度，以确保元件不在试验阶段损坏并保证出厂元件的清洁度。

2.3 液压系统安装、维修过程中的污染及控制措施。

液压系统安装，特别是配管施工工序较多，从管子加工，包括管子切割、打坡口、弯管到管子焊接、组装，施工中难免有砂粒、切屑物、磨料、焊渣、锈片、纤维和尘埃等侵入系统。但只要认真对待每道施工工序，严格按施工规程施工，系统组装后再经酸洗、油冲洗是完全可以保证系统的清洁度要求的。

管道加工时管子切割应使用锯断或管刀切断并去除毛刺，严禁使用氧-乙炔火焰切割的方法。因为火焰切割难以使管子端面整齐划一，而且还会将切割时的熔渣、飞溅物等熔粘在管子内壁，而恰恰是此类熔渣、飞溅物往往是酸洗难以除去而直接影响冲洗的时间和质量。在使用插入式焊接接头或法兰时要特别注意。因为此类接头与管子外壁、管端均有间隙，一旦颗粒污染物进入缝隙中就可能给今后使用造成隐患。所以管子切割后的管端面应尽可能同管子轴线垂直，并去掉毛刺及飞边，以保证管子端面同管接头内平台接触良好，将间隙控制在最小，减少污染物栖身场所（见图1）。

液压管道焊接在冶金部标准YBJ207-85规定：管子对接焊接必须使用氩弧焊或氩弧焊作底层焊后再用电弧焊成型。我们在液压管道施工中就已严格按此规定实施，而且对插入式焊接接头的角焊缝都采用氩弧焊打底焊，对法兰里口规定用氩弧焊接，以杜绝污染颗粒栖身地。实践证明这是行之有效的办法。另外对于焊接后不再酸洗的管子焊接，必须在焊接时管内充保护气体（氩气），以防管内产生氧化物造成管内污染。但是，应该指出，有些液压元件制造厂组装出厂的液压泵站以及有些设备制造厂配制的液压配管，施工及不规范，采用电弧焊直接焊管子，管子酸洗不好，装置内污染十分严重就出厂了，这种对用户不负责任的事情应当加以制止。

此外，管子施工中，对于采用螺纹连接缠绕密封带时，应在管端留出两扣，以防密封材料进入管内。擦洗管内壁或清洗油箱时要使用泡沫塑料或海绵，禁止使用纤维布，以防布纤维污染油液。

配管安装好后，按传统的办法是将管子编号后拆除，进行槽式酸洗，然后再组成回路作一次冲洗，之后二次安装再作二次冲洗。这种办法的缺点是费工费时，而且二次安装时难免将污染物带入管系内，另外槽式酸洗容易因管内有“空气袋”而造成局部酸洗不彻底，因此油冲洗往往时间较长，清洁度也较低。85年以来，我们已经应用在线循环酸洗的新工艺，速度快，质量高，油冲洗时间短且精度高，油清洁度达到NAS 5级已不是件难事了。循环在线酸洗需要注意的是：酸洗回路组成要合理；脱脂要彻底，以保证酸洗效果；酸洗后的管子内的水份必须排放彻底，以免残留的水份和冲洗油发生乳化，造成新的污染。冲洗用油一般采用与液压系统工作用油相同的油液，以防止冲洗油和工作油不相容而发生油变质。油冲洗必须是油液在管内形成紊流状态，即要求较高的流速，以清洗掉系统内的污物。

2.4 液壓系统使用中的污染及过滤净化设计

液压系统使用中，金属表面的锈蚀、腐蚀物以及密封材料磨损等会产生颗粒状污染物；过滤材料的颗粒或纤维脱落，油箱油漆剥离等也会污染系统；油箱密封不好或密封好的油箱因“呼吸”作用，空气中的尘埃也可能侵入系统；液压缸活塞杆的往复运动也可能把外界的脏物带入系统。这些污染物加上施工中遗留的颗粒污染物对液压系统的影响是严重的。由于元件的某些精密间隙积聚了污染颗粒，致使摩擦增加动作不灵敏，性能不稳定，甚至会发生污物阻塞，卡死相对移动的部件，使之严重损坏系统而失控。如换向阀卡死不能换向、液控单向阀或液压锁失灵以致油缸不能准确动作、溢流阀卡死失灵致使系统压力无法设定……此外，污染的颗粒还会导致元件内要求严格的表面逐渐而持续地磨损，伴随产生新的磨屑，继续污染油液，造成“磨损连续式反应”，加速元件损坏，加大系统的事故发生频率。

为了有效防止污染物损害液压元件，保护系统工作正常。通常油液净化是采用机械式的油过滤器。过滤器一般安装在油泵吸油管路、泵排油管路、系统回油路上或采用装在溢流卸荷旁通管路以及采用独立的旁回路过滤装置。

在选择过滤器型号及安装位置时，应考虑其工作压力和流量以及对通过重要元件所要求油液的清洁度。一般安装在油泵吸管上和泵排油管上的油过滤器流量与工作油泵输出油量相同；在估算系统回油管路上的过滤器的流量时，必须考虑油液的压缩性和因油缸有杆腔与无杆腔排油量不同而产生的流量变化，尤其在系统中使用蓄能器的场合，更要仔细计算蓄能器在油液释放时油流量增加选择合适的过滤器。为了保证油液的清洁度，保护液压元件，应当根据液压系统的要求不同，选用不同过滤精度的油过滤器（见表1）。

一般使用齿轮泵和叶片泵的系统吸油管路上设置粗过虑器，精度在100～200目（150微米～75微米）；柱塞泵对油的清洁度要求较高，常见用20微米过滤器精度的过滤器。有时为了弥补柱塞泵自吸能力较差的缺点，还配备专门的供油泵。排油管路上可设置精过滤器，其过滤器精度根据系统要求决定，一般为20～30微米。而进入电液伺服阀前的精过滤器过滤精度达到3微米。此外，为确保电液伺服阀运行可靠，在伺服阀内油液进入喷嘴挡板前，自身还有一道高精度的过滤设施（常用粉末冶金滤芯，精度在1～3微米）。系统回油管路上的过滤器承受压力较低，可以使用较高精度的纸质过滤器。有些系统总体要求清洁度高的场合，采用独立的旁通回路滤油装置，而且常常采用较高的过滤精度，也可使用活动的精密滤油车，效果较好。有的液压系统为吸附微细含铁金属磨损物，在油箱内放置永磁块，还有在主过滤器上接一个磁性塞。

2.5 防止水进入系统

水是液压系统常见的污染源之一。油箱中的水份蒸发为水蒸气后将对油箱上部产生气相锈蚀；油中的水会破坏油膜的连续性，降低油品的润滑性能；水份与油还会使油乳化或生成油污等污物促进油液劣化。由于水份污染影响严重，一般液压系统规定水份含量不得超过0.1%，精密设备要求更高些。

液压系统混入水的途径主要是油箱和冷却器。在潮湿环境下的开放系统，大气中的水份很容易通过呼吸阀进入工作油。处理办法一是加强油库通风改善环境条件，另外最好设法将呼吸阀通到干燥的大气中。对于设有冷却器的液压系统，要特别注意冷却器的渗漏。

3 液压油污染的检测

为了确保液压系统工作的可靠性和延长元件的使用寿命，除了合理使用液压油，还要正确地进行油液污染分析和可靠的污染检测办法，以做到经济合理地补充或更换油液。

目前，国际上常用美国航空与航天标准（NAS 标准）作为油污染检测判定标准。分颗粒计数法和重量法两种方法。颗粒计数法是以100毫升油液中含有大小不同颗粒的数量来分级表示（见表2）；重量法是以100毫升油液中含颗粒污染物的重量来分级表示（见表3）。我国现仍使用冶金部标准（YB207-85），并规定冶金工业液压系统油污检测采用颗粒计数法。通常液压伺服控制系统要求油液的清洁度为NAS 5-7级，比例控制系统为NAS7-9级，液压传动系统为NAS 9-10级。稀油润滑系统油清洁度为NAS11-12级。工程机械液压系统宜用NAS9-10级。

污染检测前的油样采集工作很重要，如取样部位、时间，采用方法不当就不能真实地反映油液的情况。取样的部位同检测的目的有关，分别说明如下：

（1）液压系统安装结束进行系统循环冲洗时取样，其目的是检验新安装系统（管子、阀件等）内部的清洁度，所以通常在循环冲洗的状态下，在回油管进油箱前的回油过滤器前取样；

（2）要掌握液压系统运转状态时液压油真实情况时，要在液压泵、液压缸等工作时，并且工作油温度正常的状态下进行采样。此时，如要调查油箱内部及运行中油液状态，则应从油箱中油液上部或中部取样（一般油箱壁上设有取样阀）；如果调查容易受污染影响的液压元件前后的油液状态时，则从该元件前后入口及出口取样。

（3）要调查油箱底部沉静状态沉积物的性质、数量、大小和含水量时，则应在油液静止二十四小时以上，从油箱底部排放阀处取样。但不论哪种取样方法都应注意取样点的清洁工作，一般取样前先排掉少量油，以冲净取样口。另外就是取样用瓶要采用干净密封的玻璃瓶，并油样上写明液压系统名称、油液牌号、取样时间等。

国外现在已很少使用重量法，并已经逐渐使用简便、快速、准确的自动颗粒计数法。我国使用自动颗粒计数法的单位不多，常用显微镜人工颗粒计数法，颗粒计数法需要几个小时。当然使用比较法检验油样需要有经验的化验员来操作。此外，通过显微镜还可分辨污染物的种类，如金属颗粒、纤维、橡胶、漆皮等。

常期连续使用的液压系统或偶尔使用的液压系统，还应定期对液压油的含水量、理化性能作测定，以保证系统运转正常。

4 结束语

总之，液压油的污染因素很多，对液压系统的影响也很严重。但是只要我们真正认识油液污染的危害性，认真操作，合理使用和维护液压油，相信一定会对液压系统安全运行发挥重大作用的。