劉卜瑜

摘要：本文概括了顆粒物污染對(duì)工程機(jī)械工作可靠性可能造成的影響，總結(jié)了工程機(jī)械液壓系統(tǒng)顆粒物可能的來(lái)源，提出了建議性的應(yīng)對(duì)措施。

Abstract： This article summarizes the possible impact of particulate pollution on the reliability of construction machineries， summarizes the possible sources of particulates in the hydraulic system of construction machineries， and proposes recommended countermeasures.

關(guān)鍵詞：液壓油;清潔度;工程機(jī)械;可靠性;顆粒污染

Key words： hydraulic oil;cleanliness;construction machineries;reliability;particulate pollution

0 ?引言

工程機(jī)械行業(yè)現(xiàn)已成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要支柱產(chǎn)業(yè)，經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，我國(guó)工程機(jī)械的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不斷得到優(yōu)化、發(fā)展和完善，我國(guó)儼然已經(jīng)成為全球工程機(jī)械產(chǎn)品類(lèi)別、品種最齊全的國(guó)家之一。隨著工程機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，設(shè)備工作的可靠性和穩(wěn)定性越來(lái)越得到人們重視[1]。以挖掘機(jī)為例，據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)顯示，大約50%的液壓挖掘機(jī)常見(jiàn)故障發(fā)生在液壓系統(tǒng)，而挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)故障的75%是由液壓油清潔度問(wèn)題造成的[2]。因此，總結(jié)顆粒物污染對(duì)工程機(jī)械工作可靠性的影響，分析相關(guān)原因并制定相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施就顯得尤為重要。

1 ?顆粒物污染對(duì)工程機(jī)械工作可靠性的影響

液壓系統(tǒng)工作的可靠性決定了工程機(jī)械的可靠性。工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的可靠性與液壓系統(tǒng)的清潔度密切相關(guān)，顆粒物污染是影響工程機(jī)械液壓系統(tǒng)清潔度的直接原因并會(huì)對(duì)工程機(jī)械的可靠性產(chǎn)生一系列影響，主要體現(xiàn)在以下幾方面[3]：

①降低液壓泵的工作效率。一定尺寸顆粒物的侵入，在一定程度上會(huì)造成液壓泵的磨損，進(jìn)而導(dǎo)致液壓泵在工作時(shí)內(nèi)泄漏量增大，繼而導(dǎo)致泵的輸出流量降低、壓力下降、效率下降。

②影響液壓缸的可靠性。顆粒物的侵入，在一定情況下會(huì)造成液壓缸密封件的磨損，到一定程度時(shí)會(huì)導(dǎo)致液壓缸密封件失效，進(jìn)而導(dǎo)致液壓缸內(nèi)、外部液壓油的泄漏，最終降低液壓缸工作的可靠性。

③降低液壓閥的可靠性，造成卡閥、閥件控制失效等故障。研究表明，顆粒物污染可以引起溢流閥動(dòng)作滯后、引起滑閥閥芯粘滯或卡緊、引起伺服閥的輸出平穩(wěn)性及響應(yīng)速度降低、引起比例閥比例控制特性的精度降低甚至失去控制特性。

④加速液壓油老化。液壓泵效率下降會(huì)導(dǎo)致液壓油工作溫度的升高，液壓泵及閥件磨損產(chǎn)生的金屬顆粒會(huì)在較高溫度下成為液壓油氧化的催化劑，加速液壓油老化變質(zhì)。

⑤引起液壓元件磨損的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。液壓系統(tǒng)中的顆粒物導(dǎo)致液壓元件磨損產(chǎn)生磨粒后，如果得不到有效控制，磨損產(chǎn)生的顆粒就會(huì)成為新的污染物，甚至有些磨粒會(huì)變得比其原材料更堅(jiān)硬，進(jìn)而引起更嚴(yán)重的磨損，造成惡性循環(huán)。

2 ?顆粒物來(lái)源分析

工程機(jī)械液壓系統(tǒng)中的顆粒物按來(lái)源劃分主要可以歸于兩個(gè)方向：一是液壓系統(tǒng)相關(guān)組件，如各液壓元件包括液壓油等;二是使用維護(hù)過(guò)程中外界侵入。按顆粒物的獲得時(shí)間可大致分為“與生俱來(lái)”即新設(shè)備出廠就已經(jīng)獲得和“后天生成”即設(shè)備在使用過(guò)程中獲得的兩個(gè)時(shí)間范疇。下面按照時(shí)間維度對(duì)顆粒物的來(lái)源進(jìn)行分析。

2.1 “與生俱來(lái)”的顆粒物

2.1.1 液壓油（新油）清潔度不夠引入顆粒物

液壓油（新油）中的顆粒物來(lái)源主要有兩方面：一是由于液壓油生產(chǎn)工藝對(duì)清潔度的控制力度不夠造成的;另一方面是液壓油在運(yùn)輸儲(chǔ)存過(guò)程中保存不當(dāng)造成的。

2.1.2 液壓元件清潔度不夠引入顆粒物[4][5]

液壓元件從原材料到加工制造再到用戶(hù)手中，通常要經(jīng)歷原材料（鑄件）→機(jī)械加工→元件裝配→出廠試驗(yàn)→涂漆和封裝→產(chǎn)品包裝→儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)纫幌盗辛鞒蹋^(guò)程中通常需要對(duì)材料（鑄件）的毛坯進(jìn)行清理，在機(jī)械加工過(guò)程中需開(kāi)展工序間的清洗，在元件裝配前后分別需對(duì)裝配前的零件和裝配后的元件進(jìn)行清洗以保證達(dá)到原件的清潔度要求并加以保持，在涂漆封裝前需要涂裝前的清洗，每個(gè)環(huán)節(jié)都至關(guān)重要，清理保持不當(dāng)便會(huì)造成液壓元件的顆粒物污染。另一方面，液壓油箱焊接過(guò)程中的焊渣和焊瘤、液壓油管路中的毛刺等均可能成為顆粒物污染的因素。

2.1.3 工程機(jī)械設(shè)備裝配安裝過(guò)程引入顆粒物

對(duì)液壓油來(lái)講，在工程機(jī)械出廠前對(duì)設(shè)備加注液壓油過(guò)程中未對(duì)其清潔度進(jìn)行有效控制是造成顆粒物污染的主要途徑。

對(duì)工程機(jī)械的裝配過(guò)程來(lái)講，各部件的組裝過(guò)程顆粒物的污染控制不當(dāng)會(huì)造成顆粒物的污染。對(duì)組裝過(guò)程中的液壓泵、閥件（尤其是高精密的伺服閥、比例控制閥等）、液壓馬達(dá)、液壓缸等在裝配前必須保證包裝完好，各元件裝配完成后的管路接頭等部位必須保證嚴(yán)格的密封;對(duì)于部裝好的零部件，如液壓油的油箱及相關(guān)的全部接口法蘭均需保證良好的密封[5]。

2.2 “后天生成”的顆粒物

2.2.1 液壓油老化生成的顆粒物

液壓油在工作時(shí)會(huì)處于高溫、有氧、與金屬接觸的環(huán)境，上述環(huán)境具備了液壓油氧化的條件，即高溫、氧氣、金屬催化，因此，液壓油在使用過(guò)程中的氧化不可避免。液壓油的氧化通常會(huì)導(dǎo)致一些氧化過(guò)程產(chǎn)物的聚合反應(yīng)，最終生成漆膜、油泥，進(jìn)而對(duì)液壓系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

2.2.2 設(shè)備使用過(guò)程中的磨損及維護(hù)不當(dāng)引入顆粒物

設(shè)備使用過(guò)程中顆粒物的引入通常發(fā)生在液壓系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)部件，如泵、閥、液壓馬達(dá)、液壓缸等部位，主要是由磨損造成的，在液壓缸伸縮工作時(shí)也有可能因動(dòng)靜件之間的密封不當(dāng)將污染物引入液壓系統(tǒng)。維護(hù)不當(dāng)也會(huì)引入污染物，如在設(shè)備檢修、換油、零件更換等過(guò)程中，工作環(huán)境顆粒物較多或在零部件安裝過(guò)程中沒(méi)有注意對(duì)顆粒物污染進(jìn)行有效控制，液壓系統(tǒng)過(guò)濾器失效或未定期更換等情況均有可能引入顆粒物。

3 ?液壓油中顆粒物檢測(cè)及注意事項(xiàng)

3.1 液壓油中顆粒物的檢測(cè)

目前國(guó)際常用的液壓油顆粒物污染等級(jí)分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)是ISO 4406和NAS1638，這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)均采用自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，不同之處在于對(duì)污染度進(jìn)行等級(jí)劃分的規(guī)則不同。ISO 4406采用3組數(shù)字報(bào)告顆粒物污染等級(jí)，3組數(shù)字依次表征1毫升液壓油中顆粒尺寸≥4μm（c）、≥6μm（c）、≥14μm（c）的顆粒數(shù);NAS1638首先按照粒徑尺寸劃分5～15μm、15～25μm、25～50μm、50～100μm、>100μm共5個(gè)范圍并分別按照顆粒數(shù)的多少對(duì)每個(gè)范圍制定對(duì)應(yīng)的污染等級(jí)，之后對(duì)5個(gè)范圍分別統(tǒng)計(jì)每100毫升油樣中顆粒物的數(shù)量，進(jìn)而得出每個(gè)范圍的污染等級(jí)，取5個(gè)范圍中最差的一個(gè)結(jié)果作為最終結(jié)果。我國(guó)也制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)用于指導(dǎo)液壓油污染物測(cè)定及分類(lèi)定級(jí)，其中GB/T14039-2002《液壓傳動(dòng)油液固體顆粒污染等級(jí)代號(hào)》修改采用了ISO 4406：1999《液壓傳動(dòng)油液固體顆粒污染等級(jí)代號(hào)》（英文版）[6-10]。

3.2 客觀監(jiān)測(cè)液壓油中顆粒物污染需注意的事項(xiàng)

客觀開(kāi)展液壓油中顆粒物的監(jiān)測(cè)工作，是一項(xiàng)細(xì)致并具有一定難度的工作，因?yàn)橹T多因素均可能影響最終的檢測(cè)結(jié)果從而不能真實(shí)反映液壓系統(tǒng)中顆粒物污染程度。為了保證檢測(cè)結(jié)果的客觀性，需注意如下事項(xiàng)：

①減少取樣環(huán)境及取樣過(guò)程對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。在液壓油取樣時(shí)，要特別注意取樣環(huán)境的顆粒物、粉塵情況，盡量選擇相對(duì)清潔、無(wú)風(fēng)、無(wú)揚(yáng)塵的環(huán)境取樣。同時(shí)，在取樣時(shí)應(yīng)首先對(duì)放油口及其周邊進(jìn)行清理，盡量保證無(wú)容易脫落的顆粒、灰塵等物質(zhì)。

②減少取樣工具及容器污染對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。對(duì)開(kāi)展清潔度測(cè)試的液壓油來(lái)講，其取樣工具及容器需要足夠清潔，條件具備時(shí)，可聯(lián)系測(cè)試方提供專(zhuān)用取樣工具及容器進(jìn)行取樣。取樣完畢后立即封存并保證取樣容器的密封性。

4 ?避免顆粒物污染的措施

有效避免顆粒物污染對(duì)工程機(jī)械帶來(lái)的負(fù)面影響，需要從設(shè)備零部件選型、制造部裝、使用維護(hù)等多維度共同開(kāi)展工作。

①在液壓元件、液壓油選型時(shí)，選擇具有清潔度保障的供應(yīng)商，尤其是液壓油的選型，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)液壓油新油的清潔度參差不齊，盡量選擇知名度較高的液壓油供應(yīng)商，中國(guó)石化長(zhǎng)城液壓油產(chǎn)品就具有較好的清潔度，并且可以根據(jù)客戶(hù)具體需求生產(chǎn)不同等級(jí)的高清潔度液壓油產(chǎn)品。除此之外，在液壓油選型時(shí)，對(duì)用于工程機(jī)械的液壓油應(yīng)盡量選則抗氧化好及氧化壽命較長(zhǎng)的液壓油，一方面可以延長(zhǎng)液壓油的換油周期，另一方面可以減少因液壓油氧化產(chǎn)生的顆粒物對(duì)設(shè)備液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。

②在設(shè)備制造部裝過(guò)程中要注意保持液壓元件的清潔，零部件安裝之后，各管路、法蘭等接口要保持清潔及密封，部分零部件如液壓油箱等要注意焊渣、焊瘤的清理;在零部件擦拭過(guò)程中，要注意選擇不容易殘留或掉顆粒的擦拭物;在向設(shè)備加注液壓油時(shí)要保證環(huán)境的清潔，液壓油必須經(jīng)過(guò)過(guò)濾裝置之后才可加注至設(shè)備的液壓油箱，必要時(shí)對(duì)液壓油開(kāi)展多輪次的設(shè)備體外循環(huán)以保證加注液壓油的清潔度。

③在使用過(guò)程中維護(hù)設(shè)備液壓系統(tǒng)的清潔度，比如，及時(shí)將老化或到換油期的液壓油進(jìn)行更換，更換時(shí)要將液壓系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)合理的清洗，將油泥、顆粒物等清理干凈，經(jīng)過(guò)濾裝置后加注新的液壓油，同時(shí)注意更換設(shè)備精濾和粗濾濾芯;注意液壓缸周邊的清理，保證良好的密封，以防止顆粒物隨液壓缸工作時(shí)的伸縮動(dòng)作將顆粒物引入液壓系統(tǒng);在對(duì)設(shè)備進(jìn)維護(hù)保養(yǎng)時(shí)也要注意對(duì)液壓系統(tǒng)及相關(guān)液壓元件的清潔度保持有效控制。

5 ?總結(jié)

顆粒污染對(duì)工程機(jī)械工作可靠性的影響巨大，人們已將控制顆粒物污染作為保證工程機(jī)械可靠穩(wěn)定運(yùn)行最重要的工作之一，然而，控制液壓油的顆粒物污染是一項(xiàng)系統(tǒng)復(fù)雜的工作，需要從液壓元件的制造選用、零部件及整機(jī)的部裝、設(shè)備的使用維護(hù)等多維度共同開(kāi)展工作以最大限度保證工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的清潔，進(jìn)而減少因顆粒物污染對(duì)工程機(jī)械穩(wěn)定可靠運(yùn)行帶來(lái)的危害。

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