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液壓系統的油液污染監測與控制

0引言

  造成液壓系統油液污染的污染源有兩個。一是外部污染源:固體雜質、水分、油分及空氣等進入液壓系統,造成的液壓油污染;二是內部污染源:油液在系統中不斷循環,會發生物理和化學性能的變化,或因相關零部件的磨損而產生的油液污染。對液壓系統油液進行污染監測,從而確保元件的使用壽命,延長相應故障的時間間隔。

  1污染控制的原理

  液壓系統中元件的污染耐受度和油液的污染度之間存在著矛盾。它嚴重影響著液壓元件的工作可靠性和使用壽命。改善的方法可以從對液壓元件在設計參數、結構和材質等方面進行改進,來提高元件耐污染性能;同時,可以采取一些控制污染的措施,使系統油液的污染度保持在關鍵液壓元件的污染耐受度內。實踐證明,這是一種比較實用的方法。

  控制液壓系統油液污染的方法可以采取清洗元件或系統和使用高效能的濾油器等有效措施來實現。同時,盡量避免污染物侵入系統。

  2油液污染控制的措施

  2.1 液壓系統和元件的清洗液壓元件的殘留污染物在加工或裝配過程中不可避免的存在著,這就決定了必須采取有效措施進行清洗。對元件和系統清洗的目的就是提高油液的清潔度,最大限度地減少或消除設備的早期故障。反之,沒有得到合理清洗的元件接入系統后,污染物對元件運動表面的切削、粘著、沖蝕以及機械振動,往往會導致系統響應緩慢、控制失靈甚至造成元件提前失效。比如研磨或劃傷零件表面產生的磨屑,會堵塞控制孔口,甚至導致運動副卡死等。

  2.1.1 對液壓元件的清洗對元件的清洗凈化,應該從最初的制造工序開始,尤其徹底清除由裝配帶來的污染物,確保元件的清潔度。對元件凈化的過程,可分為鑄件的清理、加工零件的粗洗和精洗。

  常采用噴丸或在旋轉筒中翻滾等方法來清除鑄件表面粘結的型砂和氧化物。也可使用化學方法清洗。清除加工殘留物、腐蝕物和油脂等則是粗洗的主要過程。精洗的對象則是對于元件清潔度要求極高的零件,一般可以采用超聲波清洗和蒸汽浴清洗。超聲波清洗的原理是利用激烈的超聲波沖擊力,對在超聲波槽內浸泡的元件,實行超聲波沖擊,使得零件表面的污染物脫離而進行的清洗。安裝前還要用潔凈的壓縮空氣吹干凈。而對于液壓泵、液壓馬達、液壓缸及各種液壓閥等動態元件的清洗,可以采用流通法,利用專用清洗臺對液壓系統進行清洗。

  2.1.2 對液壓系統的清洗全面的清洗一定要在液壓系統組裝完畢后進行,目的就是把組裝過程中帶入的污染物清洗干凈。仍然采取流通法清洗。這種專門的清洗裝置往往包括液壓泵、油箱、加熱器和高精度大納污容量濾油器。對于復雜的系統,可以采用分部分進行清洗。利用回路斷開等方法,對于污染敏感的元件或對液流速度有限制的元件進行分離清洗。在清洗的過程中,采用低粘度的油液,高速度的液流,使得系統回路內的液流保持充分的紊流狀態。當清洗進行到一定的程度,再進行循環清洗。

  2.2 液壓油的過濾與凈化據有關資料報道,液壓系統的故障中有80%以上是由于油液的污染引起的。而油液是機器設備的血液,不僅是傳遞運動和動力的工作介質,同時也具有潤滑、防銹、冷卻的作用。其清潔程度直接關系到系統的穩定性。保證油液的清潔度最直接、最簡潔的方法是依靠濾油器過濾,通過濾油器的過濾作用,以達到減少磨損,保障運行,延長元件及設備使用壽命的目的。

  選則濾油器既要保證系統的清潔度,又要保證系統的正常運行。首先,應考慮過濾精度。較高的過濾精度是液壓系統正常運行的保障。尤其對于液壓伺服機構,更要求系統有較高的油液清清度。因此,對濾油器的精度要求一般為3-5μm或高于1μm。以使油液達到要求的清潔度;經驗證明,選用過濾比β3>200的高精過濾器,同時配合高精度外循環過濾,可使泵和電動機的壽命延長4~10倍,能基本上消除液壓閥的污染卡緊狀況,并顯著延長液壓油的使用周期。其次,納污容量。對于大型系統,可以采用大納污容量的聚丙烯超長纖維濾材濾油器或雙筒大納污容量濾油器,這樣可有效避免濾芯的頻繁更換;即使需定期更換也無需中斷工作。再次,需要將高、低精度的濾油器配合使用,方能既滿足液壓元件污染物耐受度要求又能降低系統維護運行成本。并盡可能減小流體阻力引起的壓力損失。

  最后,選擇主濾油器精度時,還需考慮有效的濾除尺寸,并保證關鍵元件動力油膜間隙顆粒得以充分濾除。這樣才能有效控制元件的污染磨損和相關污染引起的故障。

  目前出現了專門的凈油設備,如北京菲爾德公司生產的凈油器。使過濾污染物更具專業化,濾除精度可達0.1μm。尤其對于油液在高溫、高壓環境下產生的大量易阻塞濾油器和節流口的的粘性樹脂氧化物、硅膠等污染物效果會更好。

  3液壓系統污染監測與分析

  3.1 對油液中金屬磨屑的監控與分析75%~85%的系統故障歸因于系統中的顆粒污染。而在油液的顆粒污染物中,金屬磨屑占有20%-70%比率。金屬磨屑主要來自于元件的磨損,因而對油液中的金屬磨屑進行檢測可以獲得有關系統內元件磨損的信息。油液中金屬磨屑的種類、形貌和含量等信息可反映元件的磨損形式、部位和程度,并能預測可能發生的故障和元件的剩余壽命,為采取必要的維修措施提供依據。由此可見,對油液中的金屬磨屑的監測是液壓元件磨損檢測和故障診斷的有效方法和措施。

  對油液中金屬磨屑的檢測通常可采用光譜分析、鐵譜分析、顆粒計數分析、常規理化分析和磁塞檢測等方法。并對原始數據進行數據處理、特征信息提取、以及圖表分析、趨勢分析和綜合評價。光譜分析能夠方便地檢測出油液中各種金屬元素的含量;鐵譜分析法可以利用顯微鏡觀察磨屑的形貌和尺寸,可分辨磨屑的種類;顆粒計數法可直接讀出不同大小顆粒的數值,直觀、方便;利用光密度計可檢測磨屑的相對含量;磁塞法是利用設置在系統中的磁性元件攔截和吸附油液中的金屬磨屑。當金屬磨屑積累到一定量時,會通過控制系統發出電信號。

  3.2 對油液污染的監控與分析對液壓系統油液污染的控制,無論是防止污染物進入系統,還是采用合理的技術手段對油液進行過濾凈化,都不能完全去除系統油液中的污染物。在確定元件的污染耐受度之后,定期對油液的污染度進行檢測,采取合理、有效的措施控制,確保油液的清潔度。使得系統油液的污染度與關鍵液壓元件的污染耐受度之間達到一定平衡。唯有如此,元件的壽命和可靠性才能得以保證。

  對油液的污染監測是液壓系統日常維護工作的重要環節。定期的檢測與維護,能夠有效防止故障的發生。按工況檢測結果進行維修是經濟而有效的方法。一般采用便攜式監測儀器對設備進行實時監測,如振動、噪聲監測、溫度監測,對油液污染度的顆粒含量分析或鐵譜分析。采用這種方法能夠有效地發現機器發生故障的前兆,以便及時采取維修措施,以防止突發性重大故障的產生。

  對油液的污染監測是整個工況監測和維護工作中最基本的環節。而取樣點的選取關系到對油液污染的監測結果。

  3.2.1 設定取樣點取樣點的選取需要考慮兩個因素:第一,應該選取具有代表性的油樣,比如從管路中取樣所得的樣液為動態樣液。能較為準確的反映整個系統油液的污染狀況;第二,應該把裝置安裝在系統內污染最嚴重且容易發生故障的部位,如濾油器的上、下游、主油泵下游等。當從油箱直接取樣時,應盡量注意將取樣管深入到液面以下的一半左右。保證油液中顆粒污染物充分混合并處于懸浮狀態。當從管路中取樣時應該計算取樣點的雷諾數。只有在雷諾數Re>2000時,管中油液的流動才能處于紊流狀態,才能使所取樣液真實反映系統的實際污染狀況。

  3.2.2 取樣間隔以運行時間確定取樣時間是在整個油液污染監測和故障診斷中的重要內容,一般根據設備工作性質和系統壓力確定取樣間隔,同時考慮運行時間長短和技術狀態的影響而對取樣間隔進行相應的調整。對于工作初期(500h以內)的磨合狀態,取樣間隔要小,能夠保證及時掌握系統的內部運行情況。特別要注意設備初始安裝運行或大修后的的幾天里要進行采樣分析。在接近維修期限,要縮短取樣周期。對于正常工作期間內出現的異常現象,如系統過熱、工作不穩定、噪聲和振動加大,則應立即進行采樣分析。

  4結語

  對液壓系統油液的污染監測是一種行之有效的預防性措施。在確定元件的污染耐受度后,應定期檢測系統油液的污染度,以便采取有效的預防和控制措施,確保油液的污染保持在元件污染耐受度以內,以保證系統可靠性運行和元件使用壽命。所以,對液壓系統油液的污染監測越來越成為日常維護的重要環節,對于保障設備正常運行和防止重大故障的發生起著積極的作用。

日期:2017-8-1 閱讀:1417次
 
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