工程机械液压系统的污染分析

  　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，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。
 
    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。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。
 
    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。