污染控制视角下降低液压系统故障率的策略研究

张小卫

（潍柴动力（潍坊）铸锻有限公司，潍坊 261000）

0 引言

液压传动是以液压油为工作介质进行能量转换和动力传递的，它具有很多优点，如液压传动的结构比较紧凑，布局起来比较容易，它的传递能量比一般的系统要大，因此该液压系统在工程机械领域得到了比较广泛的应用。大量事实表明，液压系统的故障是由于液压污染引起的，在使用液压系统时要把它看作像人的血液一样保持足够的清洁，才能确保液压系统的故障率在最低限度，所以对液压系统油液污染进行控制，可以大大提高液压系统的可靠性和液压元件的使用寿命，降低液压系统的故障发生率。

1 污染控制平衡关系

美国俄克拉荷马州立大学的E.C.Fitch教授在分析液压元件污染寿命与各因素之间的关系的基础上，提出了污染控制平衡图。该平衡图所描述的液压系统的污染控制平衡，是通过两架天平来实现的，一台天平反映系统的过滤特性即污染控制的能力[1]。另一台天平则反映液压元件的耐污染能力，两台天平分别指示了元件的污染寿命与油液污染度和元件耐受度的关系。天平的砝码就是与污染控制各个因素的有关参量。

E.C.Fitch教授提出的污染控制平衡图中，左边的天平反映系统油污染度与过滤器精度、流量以及污染物侵入率之间的关系。从该天平的平衡关系可以看出，如果通过提高过滤器的过滤比，增大过滤流量Q，并且同时降低污染物的侵入率，那么就能降低液压传动系统内油液的污染度，增加液压传动系统元件的工作寿命和它的可靠性。换句话说，这些措施也就是能够降低液压系统的故障发生率。污染控制平衡图中右边的天平表达了液压元件污染磨损理论和污染耐受度的基本内容，具体反映了油液的抗磨性、液压元件的抗磨性、污染物磨损性等因素对液压元件耐受度和污染寿命的影响。

为了保证元件的工作寿命，在油液污染度和元件污染耐受度之间必须达到合理科学的平衡。采取的主要途径有采取有效的污染控制措施，降低油液的污染度，即提高油液的洁净度，还有就是提高元件的污染耐受度。

2 液压系统中常见的污染物

固体颗粒、水分、空气、化学物质和微生物等是液压系统中的主要污染物。此外，从广义上来说，在机械液压系统中，各种静电、磁场、热能和辐射以能量的形式存在。污染物主要是由于静电和磁场的吸引。这些吸力可以使颗粒吸附在液压系统的表面或间隙上，从而导致液压系统部件的污染磨损或夹紧。此外，系统中的热能可以提高油温，使油润滑性能降低，部件泄漏增加，加速油劣化和密封失效[2]。

3 液压系统最常见的故障分析

液压系统最常见故障的表象特征就是在规定的条件下及规定的时间内，未完成规定功能，液压元件污染卡紧。主要的原因是当液压油中的微粒污染物进入相对运动间隙时，会引起污染磨损，导致运动副之间的启动力（夹紧）增大，甚至运动副也不能启动（卡死）。

一般来说，有两种污染情况。一种是，靠近临界间隙或大于临界间隙的少量颗粒被堵塞在运动间隙的一部分中，导致部件被堵塞，但是这些颗粒可以通过使用选择性过滤器来控制。所以，这种情况下出现卡紧现象的几率比较小。第二种情况是由大量小颗粒污染物在运动间隙内逐渐积起来而引起卡紧，这些小颗粒污染物是滤油器过滤不了的[3]。

4 加强液压污染控制

4.1 重视液压系统的可靠性设计

在选择液压元件时，必须对功能、性能和可靠性等因素进行全面的评估。应选择具有高耐污染性的成熟可靠的液压元件，做到从源头上把关和控制。液压系统设计中要重视过滤器的选配，过滤器的选用必须秉承科学合理的原则，基于系统中关键液压元件的灵敏度和系统中污染物的侵入和生成水平，应综合考虑过滤器的各种性能指标。过滤器的绝对尺寸精度应小于系统中的关键液压元件的最小临界间隙尺寸。

4.2 减少污染物和潜在污染物

减少液压系统中液压油和液压件中固有的污染物和潜在污染物，是污染控制的举措之一。为了严格检查液压元件的污染，特别是从国外购买的液压元件，污染控制的要求应向生产厂家提出。在运输和储存过程中，为了防止污染物的侵入，所有的油口都应该密封和封口。在装配前（无论是新的还是修理的），所有部件和附件都必须仔细清洗。为了加强液压油的污染管理，在进入工厂之前必须对油进行取样和检查，并在进入油箱之前过滤具有各种指示剂的合格油。

4.3 防止污染物侵入液压系统

液压系统在运行的过程中要注意防止污染物侵入液压系统。一是在液压系统装配之前，为了控制环境中的粉尘含量，装配车间应采用空气净化措施和室内加压，使室内空气压力略高于外界，从而防止大气中的粉尘污染，实现装配车间的粉尘控制。可以采用湿法加工和干法组装的方法，所有清洗过程都用清洁油清洗。影响装配质量的零件表面应采用干式装配，即用干压缩空气干燥，然后组装。二是在系统运行过程中，要注意保养。在燃油箱的通风孔和活塞杆上安装可靠的防尘装置，液压油的泄漏不能直接送回油箱，系统加油必须严格过滤，组装用具、加油容器和滤网必须保持清洁。当系统部分故障或拆卸时，有必要防止环境污染系统，不立即组装部件，注意污染。

4.4 防止系统中污染物的形成。

系统中产生的污染颗粒主要是由摩擦副磨损的金属颗粒和系统中由锈和油漆剥落产生的污染物。为了控制和减少这些颗粒污染物，过滤方法可用于净化，从而对机油滤清器的维护提出了更高的要求。另外，在选择液压油时，必须注意与液压元件的相容性，特别是密封材料。必须严格控制液压油的温度和油中的气泡，防止油的氧化和变质。

5 结束语

液压系统故障的发生，取决于液压系统中部件的抗污染性和系统油的污染。搞好液压系统的污染控制是降低液压系统故障率的有效措施。液压系统中的主要污染物包括固体颗粒、水、空气、化学品和微生物。此外，还存在各种形式的静、磁、热和辐射能。做好液压系统污染控制，要重视液压系统的可靠性设计，减少系统中的污染物和潜在污染物。只有做好污染控制，才能保证液压系统的可靠性，降低液压系统故障发生率。