工程钻机液压系统的污染与控制

1.油液的污染源

(1)新油的污染

人们普遍认为，新购进的液压油是清洁的，其实这种认识是错误的。大部分用户购进的液压油，在运输过程中由于容器本身的不清洁以及转运过程中密封不严等问题，很容易造成污染。对新购进液压油进行抽样检测时发现，其污染度大于NAS11级，远不能满足液压系统对液压油的使用要求。

(2)外部侵入的污染物

外部侵入的污染物主要是大气中的沙尘，通过油箱气孔、液压缸轴封、加油、维修时被打开的密封件、泵和马达的轴等处侵入系统。工程钻机在野外施工，在使用中要特别注意防尘。

(3)内部生成的污染物

元件在加工、装配、调试、包装、储存、运输和安装等环节中残留的污染物，当然这些过程无法避免，但生成的污染物应降到最低，特种元件的装配和调试均需在洁净室内进行。

(4)液压系统产生的污染物

液压系统在工作过程中不断产生金属和密封材料的磨损磨粒，过滤材料剥落的颗粒或纤维，剥落的油漆碎片，油液变质后产生的化学反应使金属腐蚀而出现的颗粒、锈片等均属此类。

2.污染的危害

(1)污染使液压系统工作性能下降、动作失调

污染是液压系统产生故障的主要原因之一。在液压系统用的各种泵、阀、马达类元件中，相对运动件之间都有严格的间隙和精密的配合表面，还有不少阻尼孔和缝隙或控制阀口等，污染物会堵塞这些小孔和缝隙，使液压元件不能正常工作。如果污染物进入阀芯与阀体或柱塞与缸体的配合间隙，就会划伤配合表面，泄漏增加，动态响应变差，元件失效，甚至使整个系统失灵。污染物还会黏着堵塞滤油器网眼，使泵吸空，产生气蚀、振动和噪声。

(2)污染使油液变质。油液变质的主要原因之一是氧化

节流口棱边发热、工作油温度升高是液压油氧化的主要因素。油中混入水分或牌号不同的油等都会引起油液变质。变质的液压油，性能变差，还会影响元件的性能和寿命。

(3)污染造成设备停机和经济损失

污染使液压系统产生故障甚至停机、元件报废，大量补充和报废油液，将造成严重的经济损失。据有关资料，国内液压系统的换油周期为3~6个月，而国外的因有效地控制了污染，合理使用滤油器，可使油液使用寿命延长到5~6年。可见，污染造成的液压油浪费是惊人的，污染控制必须受到重视。

3.污染物含量的测定方法

(1) 含水量

①蒸馏法  

在被测样液中加入一种能与样液混合而不能与水混合的溶剂，利用专用的水分蒸馏装置对样液进行蒸馏，将从样液中蒸发出来的水分冷却后收集在收集管中，根据收集管内水的体积和样液的体积即可确定油液中水的含量。用这种方法可测出最小为0.1%的含水量。

②电量法 

将一定量的样液注入到规定的电解液内，通过电解可使电解液中的电离子在阳极氧化为碘并与样液中的水发生反应，当样液中的水被耗尽后，电解过程自行停止，测定出电解过程消耗的电量，即可计算出样液中的含水量。这种方法适用于测定油液中的微量水分，含水量测定范围为10－6～10－2。

(2) 空气含量

①油液外观评定法  

当油液中混有不同含量的空气时，其混浊程度也不同。因此，从油液的外观可以大致评定出油液中空气的含量。表1描述了某种石油型液压油在不同空气含量时的外观。

②浊度计法  

浊度计是一种光电检测装置，从光源发出的平行光束透过油液，碰到气泡时会发生散射，通过测定散射光或透射光的光强，即可确定油液中气泡的含量。由于该装置对油液中固体颗粒同样敏感，因此被测样液中应不含有固体颗粒污染物。

③油液压缩法  

当油液中混有空气时，油液的体积弹性模量减小，可压缩性增大。因此，通过测定在一定压力下油液体积的变化率即可推算出油液中的空气含量。

(3)  固体颗粒物

①称重法  

把100mL的液压油样液进行真空过滤并烘干后，在精密天平上称出颗粒的重量，然后计算出样液颗粒污染物的重量浓度。这种方法可以反映液压油中污染物的总量，但不能反映污染物颗粒尺寸的大小及分布。

②颗粒计数法  

颗粒计数法是分别测定样液单位体积中各种尺寸范围颗粒污染物的颗粒数（即颗粒浓度）。目前普遍采用的有显微镜法和自动颗粒计数器法。

显微镜颗粒计数法是分析油液污染度的最基本方法，具体操作是将100mL液压油样液进行真空过滤并经处理后，放在显微镜下观察其尺寸大小和数量。这种方法可以直接看到污染颗粒的大小和形貌，但其缺点是计数所需时间长，消耗精力大，并且计数的准确度在很大程度上决定于操作人员的经验和技能。自动颗粒计数器法，是利用光源照射液压油样液时油中污染颗粒在光电传感器上投影所发出的脉冲信号以测定液压油的清洁度。由于信号的强弱和多少分别与颗粒的大小和数量有关，因此，将测得的信号与标准颗粒产生的信号相比较，就可以算出液压油样液中污染颗粒的大小与数量。这种方法测定准确、迅速，得到了广泛应用

4.液压油污染度的评定标准

目前，我国工程钻机对液压系统污染度的评定标准主要采用以下两种。

国家标准GB/T14039-93《液压系统工作介质固体颗粒污染等级代号》中污染度等级用两个代号表示，前面的代号代表1mL油液中大于5μm颗粒数的等级，后面的代号代表1mL油液中大于15μm颗粒数的等级，两个代号之间用一斜线分割。例如，污染度等级20/17。

美国NAS1638油液污染度等级，按100mL油液中在给定的颗粒尺寸内的最大允许颗粒数划分为14个等级，最清洁的等级为00级，污染度最高的等级为12级。

典型液压系统和液压元件的污染度要求可查行业有关标准，并由此确定工程钻机液压系统的污染度等级。

5.控制污染的方法

(1)  安装人员要进行专业培训。

(2)  新旧液压件组装前都必须经过清洗。

①液压件拆装、清洗应在符合国家标准的净化室中进行，如有条件操作室最好能充压，使室内压力高于室外，防止大气灰尘污染。若受条件限制，也应将操作间单独隔离，一般不允许液压件装配间和机械加工间或钳工间处于同一室内，绝对禁止在露天、棚子、杂物间或仓库中分解和装配液压件。拆装液压件时，操作人员应穿戴纤维不易脱落的工作服、工作帽，以防止纤维、灰尘、头发、皮屑等落入液压系统造成人为污染。严禁在操作间内吸烟、进食。

②液压件清洗应在专用清洗台上进行，若受条件限制，也要确保临时工作台的清洁度。

③清洗液允许使用煤油、汽油以及和液压系统工作用油牌号相同的液压油。

④清洗后的零件不准用棉、麻、丝和化纤织品擦拭，防止脱落的纤维污染系统。也不准用皮老虎向元件鼓风（皮老虎内部带有灰尘颗粒），必要时可以用洁净干燥的压缩空气吹干元件。

⑤清洗后的元件不准直接放在土地、水泥地、地板、钳工台和装配工作台上，应该放入带盖子的容器内，并注入清洁液压油。

⑥已清洗过但暂不装配的元件应放入防锈油中保存，潮湿的地区和季节尤其要注意防锈。

(3)  液压件装配中的污染控制

①液压件装配应采用“干装配”法，即清洗后的元件，为了不使清洗液留在元件表面而影响装配质量，应在元件表面干燥后再进行装配。②液压件装配时，如需打击，禁止使用铁锤，可用木锤、橡皮锤、铜锤和铜棒。③装配时不准带手套，不准用纤维织品擦拭安装面，防止纤维类脏物侵入阀内。④已装配完的液压元件、组件暂不进行组装时，应将它们的所有油口用塑料塞子堵住。

(4)  液压件运输中的污染控制

液压元件、组件运输中，应注意防尘、防雨，对长途运输特别是海上运输的液压件一定要用防雨纸或塑料包装纸打好包装，放入适量的干燥剂，不允许雨水、海水接触液压件。装箱前和开箱后，应仔细检查所有油口是否用塞子堵牢，对受到轻度污染的油口须及时采取补救措施，对污染严重的液压件必须再次分解、清洗。

(5)  液压系统总装的污染控制

①软管必须在冲洗后方可接到执行器上，安装前要用洁净的压缩空气吹净。中途若拆卸软管，要及时包扎好软管接头。

②接头体安装前用煤油或汽油清洗干净，并用洁净的压缩空气吹干。接头安装应尽量避免采用生料带。必须使用生料带密封的接头体，缠生料带时要注意两点：顺螺纹方向缠绕；生料带不宜超过螺纹端部，否则，超出部分在拧紧过程中会被螺纹切断进入系统。

③液压管路安装的污染控制。管路安装较易受到污染，对其进行污染控制是液压系统保洁的一项重要内容。硬管要进行除锈和防锈处理，并用洁净的压缩空气吹干。连接要可靠，密封要好，维修要方便。

(6)  油箱加油

油箱注油前必须检查箱内的清洁度，不合格的要进行清理；注油时必须经过过滤，不允许将油直接注入油箱。油箱通气孔须装空气滤清器。

(7)  使用维修注意事项

①加强液压油的管理。油液进厂必须取样检查，确认合格后再注入贮油箱，使液压油中的一些颗粒物沉淀，而注入液压系统时还必须过滤。

②液压系统中的液压油要定期检验，滤油器要定期清洗或更换。要严格按照产品使用说明书和维护保养手册中的要求去做。一般情况下，新机器出厂时要换掉系统中出厂试验用的液压油和滤油器滤芯。新机器使用时若液压油超过使用期限，要更换。要经常检查液压油的污染程度，一旦发现液压油发生污染，不管是否达到使用期限都要更换。油液污染程度的现场判定与处理措施见表2。

③合理选择滤油器。滤油器的流量、过滤精度和压差必须与系统相匹配，其过滤精度一般按系统中对过滤精度敏感性最强的元件来选择。滤油器所使用的材料必须与传动介质具有相容性。液压元件对过滤精度的要求见表3，液压系统对过滤精度的要求见表4。④防止油温过高，严禁不同牌号的液压油混用。