工程中液壓系統(tǒng)的污染控制.pdf

E N T E R T A I N M E N T T E C H N O L O G Y 演 藝 設(shè) 備 與 科 技 59 演出場館建設(shè) B舞臺(tái)工藝與設(shè)備u i l d i n g o f E n t e r t a i n m e n t S t a d i u m 前言 對(duì)于液壓或油潤滑機(jī)械來講， 確定 一個(gè)清潔度水平，且要達(dá)到計(jì)劃目標(biāo)， 如同選擇泵、 閥、 調(diào)節(jié)器或軸承等一樣, 是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一部分。不幸的是當(dāng)一些 系統(tǒng)設(shè)計(jì)者選擇一個(gè)過濾器時(shí), 他們只 是看到了過濾器供應(yīng)商的產(chǎn)品目錄, 卻 很少關(guān)注這種特殊系統(tǒng)的整體要求。為 了達(dá)到預(yù)期的清潔度，就需要選擇和配 置適當(dāng)?shù)奈廴究刂圃O(shè)備, 以期消除（根 除）高達(dá)8 0 %的液壓系統(tǒng)的故障。 工程中液壓系統(tǒng)的污染控制 編譯/ 蘭州理工大學(xué)舞臺(tái)設(shè)備研究所 魏發(fā)孔 【摘 要】 液壓傳動(dòng)是最可靠的并具有可重復(fù)性的動(dòng)力及運(yùn)動(dòng)控制形式之一，為實(shí)現(xiàn)上述目的就要求對(duì)系統(tǒng) 進(jìn)行精妙的設(shè)計(jì)和有效的污染控制。實(shí)踐證明，液壓系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的問題8 0 是與污染控制不 充分有關(guān)。了解本文的內(nèi)容將在很大程度上有助于設(shè)計(jì)和維護(hù)工程師獲得穩(wěn)定的系統(tǒng)清潔度，而 這正是液壓傳動(dòng)可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)。 【關(guān)鍵詞】 污染 磨損 過濾 清潔度 系統(tǒng) 【A b s t r a c t 】F l u i d P o w e r i s o n e o f t h e m o s t r e l i a b l e a n d r e p e a t a b l e f o r m s o f p o w e r a n d m o t i o n c o n t r o l . A l l t h a t i s r e q u i r e d i s c o m p r e h e n s i v e s t a t e - o f - t h e - a r t s y s t e m d e s i g n a n d m o d e r n s y s t e m i c c o n t a m i n a t i o n c o n t r o l . W h e n p r o b l e m s a r e e n c o u n t e r e d , 8 0 % o f t h e t i m e t h e y a r e r e l a t e d t o i n a d e q u a t e c o n t a m i n a t i o n c o n t r o l p r a c t i c e s . U n d e r s t a n d i n g t h i s h a n d b o o k w i l l g r e a t l y a s s i s t t h e d e s i g n o r m a i n t e n a n c e e n g i n e e r i n a c h i e v i n g t h e b a l a n c e d s y s t e m c l e a n l i n e s s t h a t i s t h e c o r n e r s t o n e o f f l u i d p o w e r r e l i a b i l i t y . 【K e y W o r d s 】 c o n t a m i n a t i o n a b r a s i o n f i l t r a t i o n c l e a n l i n e s s l e v e l s y s t e m . 編者按： 美國V I C K E R S 公司曾幾十年致力于液壓系統(tǒng)及元件的設(shè)計(jì)研究，還結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐并借助設(shè)備精良的實(shí)驗(yàn)室，對(duì)液壓系 統(tǒng)的污染控制進(jìn)行了專題研究。這篇文稿是該項(xiàng)研究的原始資料，也是液壓系統(tǒng)的污染控制專業(yè)指導(dǎo)書，研究首先指出了原 版國際標(biāo)準(zhǔn)I S O 4 4 0 6 的不足。新版國際標(biāo)準(zhǔn)I S O 4 4 0 6 - 1 9 9 9 及新版我國機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)均采用了其中的部分研究 成果，正說明它在專業(yè)上的權(quán)威性，比較有參考價(jià)值。本文根據(jù)這份資料編譯而成，擬分為三期刊發(fā)，供中小企業(yè)及設(shè)計(jì)、維 護(hù)中小劇場液壓系統(tǒng)的專業(yè)人員參考。 另外, 用戶的液壓系統(tǒng)有效成本接 近于污染控制所允許的過濾器和元件的 價(jià)格, 通過改進(jìn)服務(wù)性能使其很快地恢 復(fù)、增加元件壽命，增加油液壽命，延 長運(yùn)行時(shí)間和減少維修。 為了重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)元件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè) 計(jì)、過濾器性能和過濾器布置之間的相 互影響，這里推薦了指定的過濾器并指 出了系統(tǒng)污染控制的途徑。 本文專門定義質(zhì)量、 有效成本內(nèi)系 統(tǒng)污染控制的理論和實(shí)踐。 1 污染控制的系統(tǒng)途徑 為了達(dá)到有效性和經(jīng)濟(jì)性相一致， 必須首先確定目標(biāo)，系統(tǒng)污染控制的目 標(biāo)總是一致的：清潔油液使其達(dá)到在系 統(tǒng)的有效使用期內(nèi)，污染不再是任何元 件失效的一個(gè)因素。實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的第 一步是建立考慮系統(tǒng)特殊需要的清潔度 指標(biāo)。 一旦目標(biāo)已經(jīng)建立，下一步是選 擇過濾器和設(shè)置其在系統(tǒng)中的合理位 置，使其能夠在有效成本內(nèi)達(dá)到這個(gè) E N T E R T A I N M E N T T E C H N O L O G Y 演 藝 設(shè) 備 與 科 技 60 E N T E R T A I N M E N T T E C H N O L O G Y No. 4, 2007 Accumulated No. 23 目標(biāo)。這就需要懂得過濾器的性能、循 環(huán)動(dòng)力學(xué)和過濾器布置。這三個(gè)因素 都是重要的， 但最后兩個(gè)因素循環(huán) 動(dòng)力學(xué)和過濾器布置，往往沒有得到 足夠的重視。 我們現(xiàn)在能看到一些最初保持液壓 油或潤滑油清潔的高效過濾器的資料。 大多數(shù)系統(tǒng)都存在污染問題，其產(chǎn)生原 因有：缺乏對(duì)流體動(dòng)力學(xué)的了解而忽視 了對(duì)過濾器的布置；系統(tǒng)中的過濾器在 整個(gè)服務(wù)壽命期間沒有能力維護(hù)其性能 指標(biāo)。本文提出了需要處理過濾器布置 和系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的指導(dǎo)方針。 機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)之后， 最終及正在進(jìn)行的 步驟是確定維持中的目標(biāo)清潔度。最經(jīng) 常完成的是送一些油液樣品到顆粒計(jì)數(shù) 實(shí)驗(yàn)室給出已確定標(biāo)準(zhǔn)的清潔度（或污 染度）代碼數(shù)。如果目標(biāo)正在滿足，系 統(tǒng)只是需要維護(hù)過濾器并且周期性地重 測(cè)油液。如果清潔度目標(biāo)不能達(dá)到，就 需要采取糾正措施。有時(shí)需要改變維護(hù) 習(xí)慣，而有時(shí)可能需要提高過濾器等級(jí) 或附加過濾器。污染控制的明智之舉是 在設(shè)計(jì)階段就考慮好如何避免短期和長 期問題的最佳措施，保證使液壓或油潤 滑機(jī)械獲得長期可靠的運(yùn)行。 2 量化油液清潔度 建立目標(biāo)清潔度的第一步是了解 “清潔”不是一個(gè)一般的術(shù)語而是一個(gè) 專門的定量值。液壓油或潤滑油清潔度 的當(dāng)前國際標(biāo)準(zhǔn)由I S O 4 4 0 6 （注：I S O 4 4 0 6 - 1 9 9 9 液壓傳動(dòng)油液固體顆粒污染 等級(jí)代號(hào)法）定義。使用被認(rèn)可的實(shí)驗(yàn) 室顆粒計(jì)數(shù)程序， 即確定在1 m l 油液里 固體顆粒的數(shù)量及大?。ㄒ妶D1 ） 。 表1 為用自動(dòng)粒子計(jì)數(shù)器計(jì)算出液 壓油樣本中的典型數(shù)據(jù)。 一旦獲得結(jié)果， 這些點(diǎn)被繪在清潔 度圖表上（見圖2 ） 。這個(gè)圖表有給出定 量的范圍代碼（最左邊） ，0 2 5 與顆粒 的詳細(xì)數(shù)量相符合。取得范圍代碼為大 于等于5 m 的顆粒的數(shù)量和代碼范圍 為大于等于1 5 m 的顆粒的數(shù)量并且用 斜杠連在一起所表示I S O 油液清潔度代 碼。對(duì)于樣品中的顆粒計(jì)數(shù)，大于等于 5 m 的顆粒數(shù)是8 9 個(gè)， 其代碼為1 4 ， 而 大于等于1 5 m 的顆粒數(shù)是2 2 個(gè)其代碼 為1 2 ，I S O 4 4 0 6 在1 9 9 9 前的版本中描 述該油液清潔度為1 4 / 1 2 。 由于它不提供 內(nèi)部形成的小于5 m 的殘?jiān)⑿☆w粒 的數(shù)量而掩蓋了重要的情況。為了彌補(bǔ) 這一部分， I S O 4 4 0 6 - 1 9 9 9 已經(jīng)采納了擴(kuò) 大代碼到相互關(guān)聯(lián)的三個(gè)范圍，即 2 m ，5 m 和1 5 m 。舉例來說，清 潔度代碼變成了2 0 / 1 4 / 1 2 。 整個(gè)這份文件我 們將用帶有三個(gè)范圍的代碼表達(dá)清潔度。 圖1 自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)裝置 圖2 清潔度代碼圖表 圖3 污染的新油 表1 用自動(dòng)粒子計(jì)數(shù)器計(jì)算出的液壓油樣本數(shù)據(jù) 以微米計(jì)的顆粒大小“X ”在一毫升試驗(yàn)油液中大于“X ”的顆粒的數(shù)量 2 m5 1 2 0 5 m8 9 1 0 m4 3 1 5 m2 2 2 5 m3 5 0 m4 注：顆粒計(jì)算通常試驗(yàn)1 0 m l 1 0 0 m l的油液，然后折算成一毫升。這將使結(jié)果更具有代表性。 E N T E R T A I N M E N T T E C H N O L O G Y 演 藝 設(shè) 備 與 科 技 61 演出場館建設(shè) B舞臺(tái)工藝與設(shè)備u i l d i n g o f E n t e r t a i n m e n t S t a d i u m 3 污染源 進(jìn)入油液的固體污染源有四種基本 的渠道。它們是：新添加油的污染，內(nèi) 置的污染，入口污染和內(nèi)部產(chǎn)生的污 染。其中每種污染在重點(diǎn)考慮布置過濾 器的時(shí)候都需要了解。 3 . 1 新添加油的污染 雖然液壓油和潤滑油是在可靠的清 潔條件下精煉的，但是油液運(yùn)輸?shù)接脩?常用的儲(chǔ)藏油桶或油罐時(shí)要通過許多管 路。由于運(yùn)轉(zhuǎn)過程中時(shí)常卷入金屬和橡 膠顆粒以及油桶內(nèi)剝落的金屬和碎片， 油液不再清潔。儲(chǔ)藏罐是一個(gè)確實(shí)存在 的問題, 因?yàn)樗譂饪s在里面產(chǎn)生銹蝕 顆粒，來自大氣的污染也可以找到進(jìn)入 油罐的途徑，除非安裝了良好的換氣裝 置。 如果油液在合理的條件下儲(chǔ)藏， 傳 輸?shù)綑C(jī)器里的主要污染將是金屬、硅土 和纖維（見圖3 ） 。來自著名供應(yīng)商提供 的樣品已經(jīng)表明典型的清潔度為1 7 / 1 6 / 1 4 或更差。 使用一個(gè)方便移動(dòng)的裝有高 效過濾器的濾油車, 在污染進(jìn)入并損害 系統(tǒng)元件之前將污染物去除，將是一種 有效可取的措施。 3 . 2 內(nèi)置的污染 新的機(jī)器總是含有一定量的內(nèi)置污 染。在系統(tǒng)中仔細(xì)裝配并沖洗新的元件 可以減少污染，但不可能根除。典型的 內(nèi)置污染是磨石、碎片、電鍍層、污垢、 灰塵、纖維、沙礫、濕氣、管子密封膠、 焊疤、油漆及洗滌液等等。 系統(tǒng)沖洗期間去除污染的量不僅 取決于所使用過濾器的效力，而且取 決于沖洗油液的溫度、粘度、速度和 “振蕩”的程度。除非達(dá)到高速度和高 頻繁的振蕩，否則直到系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)多 數(shù)污染物也不可能被清除， 因而會(huì)導(dǎo)致 慘重的元件故障。不管機(jī)械施工人員 執(zhí)行沖洗的標(biāo)準(zhǔn)如何, 任何新油、 再生 油或潤滑油系統(tǒng)在空載運(yùn)行期間的情 況都應(yīng)該得到重視。 3 . 3 入口污染 直接來自環(huán)境的污染有可能進(jìn)入液 壓動(dòng)力或潤滑系統(tǒng)，但這種情況比較容 易監(jiān)控，如同在鋼廠或汽車制造廠內(nèi)的 大型裝配，雖然其變化相當(dāng)大，但相對(duì) 地容易了解環(huán)境條件。例如焦碳爐運(yùn)行 條件大大地不同于冷壓加工的類似系 統(tǒng)。對(duì)于可移動(dòng)的設(shè)備, 其應(yīng)用的環(huán)境 條件、 場地甚至氣候條件 （即高氣流） 都 有很大的變化。 關(guān)鍵是嚴(yán)格地限制環(huán)境污染系統(tǒng)的 通路?；覊m進(jìn)入系統(tǒng)有四種主要的途 徑： 油箱通氣口、泵站系統(tǒng)蓋板、維修 期間元件打開時(shí)以及油缸的密封處等 （見圖4 ） 。 3 . 4 入口污染源 （1 ）油箱通風(fēng)口。允許空氣進(jìn)出油 箱進(jìn)行交換，以補(bǔ)償主要由油缸往復(fù)和 油液熱脹冷縮引起的油液變化。所有交 換空氣的通風(fēng)口都需要安裝屏障式空氣 濾清器。其他可接受的選擇是使用球膽 或柔性橡膠屏障，預(yù)防交換空氣接觸系 統(tǒng)油液的表面或防止油箱真空引起的負(fù) 壓。 （2 ）油箱口蓋板。在一些設(shè)備上， 油箱口蓋板通常是不可或缺的設(shè)計(jì)。污 染控制好的系統(tǒng)要求油箱的設(shè)計(jì)在運(yùn)行 期間保持密封，而在維護(hù)保養(yǎng)時(shí)要很容 易地打開，在這方面的污染控制需要對(duì) 維護(hù)保養(yǎng)及維修人員進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐嘤?xùn)。 （3 ）維護(hù)期間的侵入。無論何時(shí)一 個(gè)系統(tǒng)正在打開維護(hù)的時(shí)候，就有可能 使環(huán)境污染進(jìn)入系統(tǒng)。要采取措施盡可 能地保證打開的部件被隔離或保護(hù)，重 新制作或裝配的零部件一定要在防止額 外的空氣灰塵及污染的環(huán)境中進(jìn)行。 應(yīng)該用棉紗或吸油的抹布將裝配后 的部件擦拭干凈，并將周圍清理清潔。 （4 ）油缸密封口侵入?；钊麠U滑動(dòng) 密封處在除去薄薄的油膜和來自桿部的 輕微污染方面幾乎不能設(shè)計(jì)得1 0 0 % 有 效。沾在伸出部分的環(huán)境灰塵在縮回時(shí) 被帶入缸內(nèi)沖刷到系統(tǒng)油液中。在設(shè)計(jì) 過程中要重點(diǎn)對(duì)伸出部分認(rèn)真考慮。當(dāng) 此處的污染不可避免時(shí)，應(yīng)考慮設(shè)置容 量足夠的過濾器。 3 . 5 系統(tǒng)污染的產(chǎn)生 對(duì)于系統(tǒng)來說最危險(xiǎn)的污染是由系 統(tǒng)自身產(chǎn)生的。那些“硬化的”顆粒的 硬度要比產(chǎn)生顆粒的本體表面更硬，并 且進(jìn)一步地對(duì)系統(tǒng)引起更嚴(yán)重的損害。 雖然所有的部件（尤其是泵）在日常運(yùn) 行期間會(huì)產(chǎn)生少量的顆粒，但系統(tǒng)運(yùn)行 在有適當(dāng)清潔度油液下時(shí)產(chǎn)生的顆粒極 少。在不能很快除去顆粒的系統(tǒng)里，污 染級(jí)別的提高將會(huì)引起額外產(chǎn)生顆粒的 數(shù)量迅速增加。防止系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生污染 的最好方法是以一個(gè)清潔（充分沖洗） 的系