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工程機(jī)械液壓系統(tǒng)固體顆粒污染的分析與控制
工程機(jī)械的工作可靠性和使用壽命與液壓系統(tǒng)的污染狀況有著極為密切的關(guān)系.根據(jù)國內(nèi)外統(tǒng)計資料，工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的故障大約有70%是由于液壓系統(tǒng)的污染引起的，其中由固體顆粒污染物引起的液壓系統(tǒng)故障占總污染故障的60%~~70%.
液壓系統(tǒng)的污染直接影響著整個液壓系統(tǒng)的工作好壞.液壓系統(tǒng)目前面臨需要克服的難題是如何有效地降低和控制系統(tǒng)的污染，以確保各種液壓元件及整個系統(tǒng)的可靠性和使用壽命.因此，合理分析和有效控制液壓系統(tǒng)的污染是確保工程機(jī)械液壓系統(tǒng)正常工作并延長使用壽命的關(guān)鍵.
1. 液壓系統(tǒng)污染物的來源
液壓系統(tǒng)的污染源主要有潛在污染物、再生污染物和浸入污染物.歸納起來，液壓系統(tǒng)中的污染物的類型大致可分為固體顆粒、空氣、水、化學(xué)物質(zhì)和微生物等，其中，固體顆粒污染造成的危害最大.
2. 固體顆粒的危害與產(chǎn)生的原因
在各類污染物中，固體顆粒是液壓系統(tǒng)中最普遍且危害性最大的污染物.在液壓系統(tǒng)污染造成的故障中，20%源于腐蝕，而50%的機(jī)械性磨損是由于固體顆粒的存在所造成的元件表面損壞所致.
2.1 固體顆粒的組成與分布
固體顆粒主要由剝落物、膠質(zhì)、金屬粉末、空氣中帶來的粉塵、砂子、研磨粉、沉積物和纖維等組成。其在液壓系統(tǒng)中分布見表所示。
2.2 固體顆粒的主要來源
固體污染物主要來源于以下幾個方面：
(1)系統(tǒng)硬管管道內(nèi)壁附著的片狀鐵銹，酸洗后殘留在管內(nèi)的化學(xué)藥品類;
(2)硬管在切割和套絲等加工過程中存留的鐵屑;
(3)密封件，密封圈殘渣。由于結(jié)合部位的銳邊及尺寸予緊等條件限制，可能將密封件部分損壞，損害部分直接進(jìn)入系統(tǒng);
(4)高壓軟管總成內(nèi)部灰塵及部分接頭部位殘留膠狀碎片;
(5)液壓系統(tǒng)裝配現(xiàn)場由于環(huán)境因素進(jìn)入管道內(nèi)部的石子、塵土等，這種情況并不多見;
(6)液壓元件內(nèi)部存留的型砂殘留物、加工鐵屑、密封殘渣等。由于液壓元件出廠前都經(jīng)過必要的清洗和檢驗，所以這種情況不多見。
2. 3 固體顆粒污染的危害
2.3.1 粘著和堵塞過濾器孔眼和各種間隙、通道，從而使液壓泵運(yùn)轉(zhuǎn)困難，產(chǎn)生氣蝕和躁聲。
2.3.2 破壞潤滑油膜，增大機(jī)器的摩擦力和磨損。固體粒子會使厚度小于固體粒子尺寸0.6倍的潤滑油膜破壞而失效，從而使機(jī)器的摩擦力和磨損明顯增大。磨損有五種磨損形式：磨料磨損、沖蝕磨損、粘著磨損、疲勞磨損和腐蝕磨損。其中最主要的是磨料磨損。以上每一種磨損都會產(chǎn)生新的磨損，從而進(jìn)一步加劇元件的磨損。磨損會導(dǎo)致液壓元件產(chǎn)生泄露，效率降低，使用壽命縮短甚至損壞。
2.3.3 加速密封材料磨損，增加外瀉漏量。固體顆粒會加速液壓缸密封裝置的損壞，使液壓缸運(yùn)動表面拉傷、磨損，導(dǎo)致液壓缸內(nèi)外泄漏增加，推力不足或動作不穩(wěn)定，爬行，速度下降，產(chǎn)生異常響聲與振動。
2.3.4 部分或全部堵塞液壓元件的孔隙，使控制元件動作失靈
2.3.5 固體顆粒中的金屬和金屬化合物粒子會對油液的氧化，變質(zhì)起催化作用，油液的氧化將劣化油液質(zhì)量，降低潤滑性能。
當(dāng)元件的間隙被固體顆粒所淤塞，會產(chǎn)生磨損的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，磨損鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的產(chǎn)生是因為系統(tǒng)中的磨損污染物不能得到有效的控制，使得系統(tǒng)元件進(jìn)一步磨損，產(chǎn)生更多的固體顆粒。從而進(jìn)一步影響整個液壓系統(tǒng)的性能。因此，采取有效措施去除油液污染物，尤其是固體污染物，是保證工程機(jī)械液壓系統(tǒng)正常工作的前提。
3.防空措施
液壓系統(tǒng)的污染控制，貫穿于液壓系統(tǒng)的設(shè)計，制造、裝配、使用和維護(hù)等整個過程，解決液壓系統(tǒng)污染不可能完全去除污染物，而是通過污染控制措施，使系統(tǒng)的污染度保持在系統(tǒng)關(guān)鍵液壓元件的污染承受范圍以內(nèi)，從而達(dá)到合理的平衡。對液壓系統(tǒng)污染的控制主要有兩種措施：一是防止污染物侵入系統(tǒng);二是對系統(tǒng)油液進(jìn)行過濾凈化。
3.1 設(shè)計階段的污染控制
在設(shè)計階段，應(yīng)慎重選用易于產(chǎn)生顆粒雜質(zhì)而污染系統(tǒng)油液的裝置、結(jié)構(gòu)等。如從控制固體顆粒污染角度，寧可選凸緣連接結(jié)構(gòu)而少用管接頭，因為裝配維修時管接頭產(chǎn)生大量磨屑;油箱呼吸口設(shè)計位置高一些，并盡量掩蔽些，以防雨水和灰塵侵入;軟管可選用加襯里的油管等等。
在設(shè)計階段最重要的是濾油器的設(shè)計和選擇。設(shè)計時，可考慮在對液壓油污染較敏感的液壓元件進(jìn)油處增設(shè)吸油濾油器，在容易產(chǎn)生磨屑的液壓元件的回油處濾油器，在關(guān)鍵性液壓元件的進(jìn)油口設(shè)置輔助濾油器，在污染物侵入量大的系統(tǒng)中，安裝旁路過濾以作為在線濾油器的補(bǔ)充，改善清潔度，延長濾油器使用壽命等等。
3.2 制造階段的污染控制
外協(xié)外購件如各種閥，高壓軟管，缸等以及液壓油要嚴(yán)格進(jìn)行進(jìn)廠檢驗。關(guān)鍵件需進(jìn)行加載，跑合和清洗。除外購的液壓元件以及一些軟管外，在現(xiàn)場配制的液壓管道必須經(jīng)過酸洗除銹。管道按以下工藝流程進(jìn)行：脫脂、酸洗、中和、鈍化、干燥、涂油、封閉。酸洗前應(yīng)將經(jīng)過脫脂處理后的管子用凈化壓力水沖去關(guān)內(nèi)外壁的堿性溶液和洗去油污。所有密封面，絲扣等必須涂油覆蓋以后才能進(jìn)行清洗。
酸洗處理后，必須對管道進(jìn)行打壓沖洗，打壓沖洗是液壓系統(tǒng)裝配過程中非常重要的環(huán)節(jié)。管道經(jīng)過打壓沖洗以后，可以將管道中雜質(zhì)沖去。沖洗時重點對焊口、法蘭、變徑、三通及彎頭部位定時進(jìn)行均勻敲打，使這些部位的雜質(zhì)振落隨油一起沖走。
應(yīng)注意管道的酸洗與打壓沖洗應(yīng)在裝配前夕進(jìn)行，因為過早進(jìn)行這些處理而長期擱置不用，管道裝配時仍有生銹的可能性。
裝配前，所有需要清洗的液壓元件和輔件都必須清洗干凈且用密封塞閉油口，裝配時，首先要防止環(huán)境污染，有條件可使室內(nèi)壓力高于室外，防止大氣灰塵污染。其次，采用干裝配，即各元件清洗后用干燥的壓縮空氣吹干以后裝配。最后，裝配人員應(yīng)將裝配工具、濾網(wǎng)以及加油容器保持清潔，并嚴(yán)格按照有關(guān)的操作規(guī)程進(jìn)行裝配，盡量減少人為因素所造成的污染。
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