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液壓系統(tǒng)污染控制與液壓系統(tǒng)故障

所屬欄目:環(huán)境法論文 發(fā)布日期:2012-10-16 08:55 熱度:

  摘要:液壓系統(tǒng)故障的發(fā)生,在很大程度上取決于液壓系統(tǒng)中元件的耐污染能力和系統(tǒng)油液的污染狀況,通過控制液壓系統(tǒng)的污染程度,就可以保證液壓系統(tǒng)的可靠性,降低液壓系統(tǒng)故障發(fā)生率。
  主題詞:液壓系統(tǒng),污染控制,故障
  
  液壓傳動是以液壓油為工作介質(zhì)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換和動力傳遞的,它具有傳遞能量大、布局容易、結(jié)構(gòu)緊湊、換向方便、轉(zhuǎn)動平穩(wěn)、均勻、容易完成復(fù)雜動作等優(yōu)點(diǎn),因而廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械領(lǐng)域。
  對于液壓系統(tǒng),當(dāng)其使用條件滿足規(guī)定條件時(shí),就可以實(shí)現(xiàn)下列兩個(gè)目標(biāo):(1)使無故障工作的持續(xù)時(shí)間保持在規(guī)定的時(shí)間內(nèi);(2)在上述時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定的功能。一旦使用條件不能滿足規(guī)定的條件,液壓系統(tǒng)的可靠性則大大降低,其可靠性就變成了“液壓系統(tǒng)、元件等的功能在時(shí)間上的穩(wěn)定程度和穩(wěn)定特性”,液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可靠性的規(guī)定條件當(dāng)然很多,但最重要的一條就是液壓系統(tǒng)的污染程度必須控制在關(guān)鍵元件的污染耐受度之內(nèi)。
  大量事實(shí)表明,液壓系統(tǒng)的故障75%以上是由于液壓系統(tǒng)的污染引起的,在使用液壓系統(tǒng)時(shí)要把它看作像人的血液一樣保持足夠的清潔,才能確保液壓系統(tǒng)的故障率在最低限度,所以對液壓系統(tǒng)油液污染進(jìn)行控制,可以大大提高液壓系統(tǒng)的可靠性和液壓元件的使用壽命,降低液壓系統(tǒng)的故障發(fā)生率。
  一、污染控制平衡關(guān)系
  美國俄克拉荷馬州立大學(xué)的E.C.Fitch教授在分析液壓元件污染壽命與各因素之間的關(guān)系的基礎(chǔ)上,提出了污染控制平衡圖的構(gòu)象。形象地描繪并揭示了污染控制的平衡關(guān)系以及各因素對元件壽命和可靠性的影響。如下圖所示,污染控制平衡是通過兩架天平來實(shí)現(xiàn)的,一臺天平反映系統(tǒng)的過濾特性即污染控制的能力;另一臺天平則反映液壓元件的耐污染能力,兩臺天平分別指示了元件的污染壽命與油液污染度和元件耐受度的關(guān)系。天平的砝碼就是與污染控制各個(gè)因素的有關(guān)參量。
  
  
  污染控制平衡圖
  污染控制平衡圖中左邊的天平反映系統(tǒng)油污染度與過濾器精度、流量以及污染物侵入率之間的關(guān)系。從天平的的平衡關(guān)系可以看出,提高過濾器的過濾比,增大過濾流量Q并降低污染物侵入率,則可降低油液的污染度,增加元件的工作壽命和可靠性,換句話說,也就是降低液壓系統(tǒng)的故障發(fā)生率。
  污染控制平衡圖中右邊的天平表達(dá)了液壓元件污染磨損理論和污染耐受度的基本內(nèi)容,具體反映了液壓元件抗磨性、工作條件(壓力、速度和溫度)、油液抗磨性以及污染物磨損性等因素對液壓元件耐受度和污染壽命的影響。
  綜上所述,液壓元件的污染壽命主要取決于系統(tǒng)油液的污染度和元件的污染耐受度,為了保證元件的工作壽命,在油液污染度和元件污染耐受度之間必須達(dá)到合理的平衡。
  所以,降低液壓系統(tǒng)故障率,必須提高液壓系統(tǒng)的可靠性和元件的工作壽命,主要有兩個(gè)途徑:(1)提高元件的污染耐受度;(2)采取有效的污染控制措施,降低油液的污染度,即提高油液的潔凈度。
  二、液壓系統(tǒng)中的污染物
  液壓系統(tǒng)中的污染物是指油液中不需要的并對系統(tǒng)有危害作用的物質(zhì)。
  液壓系統(tǒng)中的污染物主要有固體顆粒、水分、空氣、化學(xué)物質(zhì)和微生物等,從廣義上講,系統(tǒng)中存在的靜電、磁場、熱能以及放射等也是一類以能量形式存在的污染物。靜電和磁場的吸力可使某些顆粒吸附在零件表面或間隙內(nèi),導(dǎo)致元件的污染磨損或卡緊;系統(tǒng)中的熱能使油溫升高。引起油液潤滑性能下降和元件泄漏增大,并加速油液變質(zhì)和密封件失效。
  在上述各類污染物中,固體顆粒污染物是液壓系統(tǒng)中最普遍和危害作用最大污染物。據(jù)統(tǒng)計(jì)由于固體顆粒污染物引起的故障占總污染故障的70%左右,所以,液壓污染控制的一個(gè)重要方面就是去除油液中的固體顆粒污染物。
  液壓系統(tǒng)的污染物主要有四種來源:(1)液壓油和液壓系統(tǒng)中固有的污染物;(2)外界侵入系統(tǒng)的污染物;(3)系統(tǒng)運(yùn)行中生成的污染物;(4)由于濾油器選擇不當(dāng)或失于保養(yǎng)未能有效過濾而進(jìn)入系統(tǒng)的污染物。
  三、液壓系統(tǒng)最常見的故障
  液壓系統(tǒng)的最常見故障的表象特征就是在規(guī)定的條件下及規(guī)定的時(shí)間內(nèi),未完成規(guī)定功能。最常見的就是液壓元件污染卡緊。
  液壓元件污染卡緊主要是因液壓油中的顆粒污染物進(jìn)入相對運(yùn)動的運(yùn)動副間隙中時(shí),造成污染磨損,導(dǎo)致運(yùn)動副之間的啟動力增大(卡緊),甚至?xí)惯\(yùn)動副不能啟動(卡死)。
  通常,污染卡緊有兩種情況:(1)少數(shù)與臨界間隙相近或大于臨界間隙的顆粒堵塞在運(yùn)動間隙內(nèi)的某個(gè)部位而造成元件卡緊,但這些顆粒可用選擇濾油器來控制,所以,這種卡緊現(xiàn)象較少出現(xiàn),除非濾油器失效。(2)由大量小顆粒污染物在運(yùn)動間隙內(nèi)逐漸積起來而引起卡緊,這種情況是最常見的現(xiàn)象。
  液壓元件的污染卡緊的現(xiàn)象非常普遍,只要存在運(yùn)動間隙,就一定會不同程度地產(chǎn)生液壓污染卡緊,直接影響液壓元件的啟動性。
  污染卡緊的形成過程很復(fù)雜,人們進(jìn)行了不少研究并提出了多種分析方法,例如根據(jù)定差過濾基本原理進(jìn)行分析;以濾餅的形成為前提而提出的間隙過濾作用分析等。所有這些分析理論都豐富了液壓元件污染啟動(污染卡緊)敏感度的研究成果。同時(shí),在各種研究中,都強(qiáng)調(diào)指出了顆粒受磁化和極化情況下更易形成污染卡緊。
  四、加強(qiáng)液壓污染控制,降低液壓系統(tǒng)故障率
  從以上分析得知,要降低液壓系統(tǒng)故障率,必須提高液壓系統(tǒng)的可靠性,而產(chǎn)品的可靠性是設(shè)計(jì)出來的,生產(chǎn)出來的,管理出來的,所以,要提高液壓系統(tǒng)的可靠性,就必須把液壓污染控制工作貫徹在液壓元件和業(yè)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和使用管理中。
  液壓系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)是一個(gè)很有研究價(jià)值的課題,元件選用時(shí)一定要進(jìn)行功能、性能、可靠性等因素的統(tǒng)籌評估。應(yīng)盡量選用成熟而污染耐受度高的液壓元件,而避免采用污染敏感度高、抗磨性差的元件。
  科學(xué)的選配過濾器是液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵步驟之一。選用過濾器必須以系統(tǒng)中關(guān)鍵液壓元件敏感度以及系統(tǒng)中污染物的侵入和生成水平為基礎(chǔ),綜合考慮過濾器的各種性能指標(biāo),過濾器絕對尺寸精度,應(yīng)小于系統(tǒng)各關(guān)鍵液壓元件的最小臨界間隙尺寸,在這一前提下,應(yīng)選用“價(jià)格*納垢量”之比較小的過濾器。
  在生產(chǎn)和使用管理液壓系統(tǒng)的過程中,根據(jù)污染物的侵入和生產(chǎn)途徑,要采取相應(yīng)的污染控制措施:
  1、 減少液壓油和液壓件中固有的污染物(潛在污染物)
  (1)嚴(yán)格檢驗(yàn)液壓元件,特別是外購件的污染情況,液壓元件多為外購件,應(yīng)向廠家提出污染控制的要求,運(yùn)輸和保管過程中,所有的油口都要加蓋密封,針對為污染物侵入。
  (2)裝配前(無論是新裝或檢修后重裝),所有元、輔件必須認(rèn)真清洗;
  (3)加強(qiáng)液壓油的污染管理,油液進(jìn)廠必須取樣檢驗(yàn),各項(xiàng)指標(biāo)合格的油液,過濾后方可進(jìn)入儲油罐。保管過程中,必須注意密封,防止氧化變質(zhì),并定期取樣抽查。
  2、防止污染物侵入液壓系統(tǒng),主要從裝配和使用兩個(gè)方面加以控制
  (1)控制環(huán)境中的粉塵含量,有條件的組裝車間最好采用空氣凈化措施并對室內(nèi)充壓,使室內(nèi)氣壓稍高于室外,以防止大氣灰塵污染,實(shí)現(xiàn)裝配車間的粉塵控制。
  (2)采用“濕加工,干裝配”法,所有的加工工序都采用潔凈的油液進(jìn)行冷卻和清洗,裝配時(shí),為了不使油液留在零件表面而影響裝配質(zhì)量,應(yīng)采用干裝配,即用干燥的壓縮空氣吹干后再裝配。
  (3)元件必須經(jīng)過臺架試驗(yàn)運(yùn)行,要對元件進(jìn)行加載、高壓跑合和清洗,試驗(yàn)臺的液壓系統(tǒng)應(yīng)涉及多級精密過濾,濾芯亦也應(yīng)便于拆卸和更換,當(dāng)試驗(yàn)臺架用油超過使用界限時(shí),應(yīng)及時(shí)換油。
  (4)在油箱的通氣孔及活塞桿處設(shè)置可靠的防塵裝置,外漏的液壓油不得直接令其流回油罐。
  (5)系統(tǒng)加油必須經(jīng)過嚴(yán)格的過濾,裝配用具、加油容器和濾網(wǎng)等均需保持清潔,當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生局部故障或解體排除時(shí),要防止環(huán)境對系統(tǒng)的污染,不能立即裝配的元件,要注意污染保護(hù)。
  3、防止系統(tǒng)中的生成污染物
  (1)系統(tǒng)中生成的污染顆粒,主要是摩擦副磨損的金屬顆粒和系統(tǒng)中因銹蝕、油漆剝落等產(chǎn)生的污染物,為了控制和減少這些顆粒污染物,采用過濾方法凈化是有效的手段,所以必須經(jīng)常注意濾油器的工作狀態(tài)并按規(guī)定保養(yǎng)濾油器。
  (2)選用液壓油時(shí),必須注意與其液壓元件、特別是密封材料的相容性。
  (3)嚴(yán)格控制液壓油的溫度及油中的氣泡,防止油液氧化變質(zhì),根據(jù)試驗(yàn),油液溫度保持在60—70℃及其以下使用時(shí),可以在相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)不會氧化,酸值也不會有任何提高;但溫度高達(dá)130℃時(shí)。氧化變質(zhì)而導(dǎo)致酸值提高的速度便急劇增大。
  
  
  參考文獻(xiàn):
  1、夏志新編著《液壓系統(tǒng)污染控制》北京機(jī)械工業(yè)出版社1992

文章標(biāo)題:液壓系統(tǒng)污染控制與液壓系統(tǒng)故障

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