能量型污染物对液压元件与系统识图及系统有何影响

液压系统常见故障分析
下面针对液压系统故障我们来分析三个最常见的故障:液压油被污染、液压油温升高、液压系统产生振动与噪声。
(1)请看投影屏幕,第一点,液压油为什么会被污染?有什么危害?怎样控制污染?
1.液压油为什么会被污染?污染物从哪里来的呢?不难想到,无非就是两个方面:
①首先外界侵入的:
1)液压油在运输过程中或加油过程中不小心将脏物带进去了;
2)液压系统装配过程中没有清洗干净,残留了铁屑、焊渣、毛刺;
3)还有周围环境中混入的空气、尘土、水份。这些是最主要的几种外界污染源。
②再者就是工作中系统自身产生的:液压系统中相对运动的部件产生的磨损,液压油的变质,(特别是长时间没有更换的油容易变质)都会产生污染物。这个污染物就很复杂了,而且不可避免的,可又往往很容易被人忽视。
2.污染物有哪几种,它有什么危害?通过分析主要有以下五种。
1)固体颗粒的污染。也就是我们上面所说的铁屑、毛刺、焊渣等固体,一旦进入到液压系统中,液压元件光滑的接合面肯定要被磨损、细小的阻尼孔及滤油器很容易就被堵塞了,元件坏了接着就会引起噪声等一系列问题。
2)水的污染。水份,表面上看似乎危害不大,但是它与液压油发生反应产生的一种黏性胶状的物质会堵塞滤油器滤芯,缩短液压油的使用寿命。
3)空气污染。空气混入,容易产生气蚀现象,也就是产生液压冲击既而产生噪音。有的用户发现泵有噪音,没使用多久就向我们反应泵坏了,要求更换新的。可我们了解清楚后发现大多数是由于吸油管没密封好,混入空气导致的,根本就不是泵的问题。
4)微生物的污染。
5)溶剂、化学物质的污染。这两种污染都会加速金属元件的腐蚀。
3.既然液压油被污染会造成严重危害,那么我们怎样控制污染呢?
首先我们从最容易做到的出发1)减少外来的污染。
前面已经知道外来的污染源有:液压油在运输过程中或加油过程中不小心将脏物带进去了;液压系统装配过程中没有清洗干净,残留了铁屑、焊渣、毛刺;周围环境中混入的空气、尘土、水份。那就要求我们用滤油小车给油箱加油;液压系统管路装配前进行严格的清洗、酸洗,组装后进行全面的清洗;对外露件应装防尘密封,接头应该密封好。
2)对于不小心带入系统的污染物或者系统产生的杂质应该进行滤除。
通常应在系统的相应部位安装过滤器,特别是泵的吸油管处,并且定期检查,清洗或更换芯。
3)为了防止液压油温度过高会加速其氧化变质,应该限制液压油的最高使用温度.一般系统最高温度不超过65℃,环境温度高必要时需加装冷却器.
4)也许说到这里有些人会认为:我如果按照上述办法控制了液压油的污染,就没问题了,可以长时间使用了.不是这样的,液压油使用到一定时期后,自身会老化变质,黏度性能等下降,就不能保证系统的正常工作了.应按照说明书有关规定,定期的更换油液.控制污染是避免缩短液压油使用周期,影响系统正常工作。
(2)第二点,液压系统的油温过高的原因?对系统正常工作有何影响?如何保证正常的工作温度?
1.是什么导致液压系统温升过快,油温过高?据我公司从事液压行业多年经验,总结为五点:
1)散热不良。设计选用时油箱设计太小,致使油液循环太快或者因环境温度高采用了冷却器但冷却器效果差,这都是散热不良的原因。
2)系统卸载回路动作不良。通常在系统的泵出口处设置卸荷阀,当系统不加载不需要压力油时,系统卸荷,减少能量损失。如果卸荷阀动作不良,不需要压力油时油液仍从溢流阀溢回油箱,会使油温升高。
3)换向及速度换接时的冲击。
4)泄漏严重。大多数人认为它跟温升没有关系,大家知道,泄漏是会造成能量损失的,那这个能量损失转换成什么了,其实它们都转换为热能了,从而使油温升高。
5)油中进入空气或水分。当液压泵把油液转换为压力油时,如果存在空气和水份就会使热量增加引起过热。
6)误用黏度太大的液压油或液压油变大。液压油的氧化或者环境温度低会使黏度变大,黏度太大的液压油将使磨擦增大从而引起发热。
2.液压系统油温过高,会带来一系列的后果?
1)例如,由于油温过高,油液黏度下降,导致泄漏增加,从而降低了容积效率,甚至影响工作机构的正常运动。
2)油温过高还会使油液变质,产生氧化物质,堵塞液压元件小孔或缝隙,使元件无法正常工作。
3)油温过高有可能引起机床或机械的热变形,破坏它原有的精度。
3.所以应严格控制及保证液压系统正常工作温度,针对以上原因系统应该做到:
1)设计足够大小的油箱,必要时加装冷却器,如果周围的环境温度过高要使系统与外界隔绝。严格控制系统温度在20-60℃范围内,最高不得超过70℃。
2)高压油长时间不必要的从溢流阀溢回油箱时,应改进设计,采用变量泵或者正确的卸荷方式。
3)管路尽量缩短,不宜过于细长、弯曲,尽量使油液流通顺畅。
4)液压泵及其连接处容易泄漏的地方要加强密封,紧固好连接件,以免造成容积损失而发热。
5)当调压阀的调定值偏高时,最好降低工作压力,以减少不必要的能量损耗。
6)选用合适黏度的液压油。
(3)第三点,液压系统为什么产生振动与噪声?如何防止和排除?
首先对振动的产生根源及表现概述一下,方便我们理解下面讲的产生振动的原因。
&概述:液压冲击、转动时的不平衡力、摩擦阻力的变化等都是产生不同振动形式的根源。
在液压设备中,往往在产生振动后随之而产生噪声。
也就是说产生液压冲击、转动时不平衡力等的原因就是产生振动与噪声的原因。
在实际使用中,液压泵及阀出现振动噪声是经常碰到的,通过售后服务的一些例子,我们总结了四个方面的原因。
1)液压泵吸空
a.空气侵入是液压系统产生振动与噪声的主要原因。
因为空气进入液压系统会产生气穴现象。气穴现象即气泡突变爆炸。针对这个原因常在液压缸上设置排气装置,另外在开车后,使执行元件以快速的全行程往复几次排气,这都是比较实用的方法。
b.液压泵吸不上油。
液压系统油面太低、吸油口过高、滤油器面积过小、液压油黏度太大及油箱不透空气等都导致液压泵吸不上油,从而产生噪声。因此必须加强进油口密封;吸油管口至泵吸油口高度要求小于500MM;并且选用合适黏度的液压油。
2)液压泵使用中损坏。
在使用中,由于液压泵零件(叶片、配油盘)磨损,间隙过大,流量不足,转速过高压力波动,也会产生噪声。面对这个原因应加强液压泵的维修与保养。
3)溢流阀动作失灵
溢流阀是调压阀,溢流阀的不稳定使得压力波动,从而产生振动与噪声。液压油的污染物使阻尼孔堵塞,使油液一会通过,一会堵塞;溢流阀的弹簧变形、阀芯卡死;都会引起溢流阀压力波动。对此,应注意溢流阀的清洗与检查,发现损坏则及时修理或更换。
4)机械振动
液压方面最常见的机械振动就是管路抖动及电动机和液压泵旋转部分不平衡产生振动。当油管细长,弯头多时应加固定管夹,调整好电机与液压泵的安装精度,不小于0.1mm.
学习了液压故障分析,以后当我们遇到液压系统发生故障时,就能很快的知道从哪几个方面去分析排除,而不用盲目的拆卸元件,也不用因为等售后服务人员维修被迫停止生产。我想如果一个公司不仅技术人员具备液压知识,车间相关操作人员也懂液压知识,那么他们对液压设备的合理维护与正确使用将预防和减少液压故障的发生,甚至能第一时间解决液压故障。
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1 液压系统清洗的意义
液​压​系​统​清​洗
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液压元件的清洁度控制和系统冲洗
原作者:王炉同等 &出处:
【论文摘要】控制液压元件的清洁度和冲洗液压系统,使杂质减少到最低标准,是确保液压系统正常工作的重要措施,本文综述了液压系统的各个时期的清洗特点和留意事项。
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Abstract: Flushing the hydraulic system to minimize the impurity is an important measure to protect the hydraulic system .The thesis describe the character of flushing the hydraulic system in different stage.
Descriptors: dydraulic system , component , flush &
1 液压系统清洗的意义[1]
&&&&&& 从使用的角度看,液压系统正常工作的首要条件是系统内部必须清洁。在新的设备运行之前,或一台设备经过大修之后,液压系统遭到污染是不可避免的,尽管液压元件的制造厂家很留意元件本身的内部清洁,但新元件中仍可能含有毛刺、切屑、飞边、灰尘、焊渣和油漆等污染物。元件也可能由于不良的储存、搬运而造成污染。在油箱的制作过程中,可能积聚锈、漆片和灰尘等,固然油箱在使用前经过清理,但很多污染物肉眼难以看到。在软管、管道和管接头的安装过程中都有可能将污染物带进系统。即使新的油液也会含有一些令人意想不到的污染物。必须采取措施尽快将污染物滤出,否则在设备投进运行后不久就有可能发生故障,而且早期发生的故障往往都很严重,有些元件例如泵、马达有可能会遭到致命性的损坏。
元件清洗和系统冲洗的目的就是消除或最大限度地减少设备的早期故障。冲洗的目标是进步油液的清洁度,使系统油液的清洁度保持在系统内关键液压元件的污染耐受度内,以保证液压系统的工作可靠性和元件的使用寿命
2 元件的清洁度及其评定
元件清洁度是反映元件内部残留污染物含量的一项指标,可以用以下几种表示方法:
(1) 元件单位湿面积(与油液接触的内壁面积)的污染物含量,mg/m2;
(2) 元件单位湿容积(与油液接触的内腔容积)的污染物含量,mg/L;
(3) 元件单位湿容积中大于5μm和15μm的颗粒数,以ISO4406固体颗粒污染度等级表示。
由于目前油液污染度评定普遍采用颗粒计数法,因而元件清洁度也普遍采用单位湿容积颗粒数的表示方法。
评定液压元件的清洁度可以采用以下方法:
(1)&& 晃动涮洗法 向元件内注进一定量的清洁试验液并将元件密封,用机械方法强烈晃动元件,使元件内部的污染物全部冲洗到试验液中,然后对试验液进行污染度测定
(2)&& 试验台冲洗法 将元件接进预先净化的试验台系统中,使试验液循环通过元件,,将元件内部的污染物全部冲洗到试验液中,然后从系统中采集样液进行污染度测定。
(3)&& 拆卸冲洗法 将元件外部彻底清洗后,把元件全部拆卸,用清洁剂仔细冲洗零件湿面积,然后收集全部溶剂并测定其污染度。
晃动涮洗法是一种简便易行的元件清洁度检测方法,主要适用于静态元件,如导管、管接头、软管、过滤器壳体及油箱等;试验台冲洗法主要用于检测动态元件的清洁度,如液压泵、液压马达、液压缸以及各种液压阀等。
此外,假如将元件装配后的清洗工序与元件清洁度测试结合起来,可以有效的控制元件的清洁度,并简化测试过程。当元件经过清洗并达到规定的清洁度要求时,可以以为元件和系统为一个整体并具有同等的污染度水平。这样,测得的系统油液污染度也就是元件的清洁度,而不需要进行容积换算。
典型液压元件的清洁度等级见表1(原机械产业部“液压元件及系统清洁度治理规范”制定组拟订,1985年)。
表1典型液压原件清洁度等级
液压元件类型
各种类型液压泵
一般液压阀
比例控制阀
摆动液压缸
滤油器(壳体)
3在装配前对液压系统各个元件的清洗
液压元件在加工、装配和维修等过程的每一个工艺环节后不可避免地残留留有污染物。清洁度不符合要求地元件装进系统后,在系统油液冲洗和机械振动等的作用下,元件内部固有的污染物会从粘附的表面脱落而进进油液中,使系统受到附加污染。因而在元件装配进系统前必须采取清洗措施,使元件达到要求的清洁度。
常用的清洗方法有浸渍清洗,机动擦洗,超声波清洗,加热挥发物和酸处理法等。使用时还可以把这些方法加以组合或进行多步清洗,依次在相邻的两个或三个清洗槽(机)中清洗,由于各清洗槽(机)清洗污染度不同,所以清洗液的配方及加热温度是各不相同的。
溶剂浸渍清洗是将被清洗的零件浸进带有加热设备的清洗槽中(加热温度一般为35~85度),并在清洗液中通人压缩空气或蒸气,使清洗液处于动态之中,浸渍时间4~8小时。对于油污严重的零件,清洗时还需要手工擦抹。
机动擦洗可采用软毛刷子刷往污物,以保持元件的精度和低的粗糙度。如网式滤油器,总是用硬的钢丝刷,有时会损坏过滤芯或改变过滤精度。高精度,低粗糙度的液压阀体,使用带磨料球的尼龙往刺洗擦刷阀孔端部、孔道交接处及沉割槽等。该尼龙往刺刷的刷头是由直径为0.3~0.6mm的玄色尼龙丝及规格为M20的绿色碳化硅磨料粘接而成。
超声波清洗利用适当功率的超声波射进清洗液中,形成点状微小空腔,当空腔扩大到一定程度时,忽然幻灭,形成局部真空,四周的流体以很高的速度来填补这个真空,产生具有几千个大气压的的强大声压和机械冲击力(即空化作用),使置于清洗液中的零件表面上的污染物剥落。此种方法清洗时间短,清洗质量好,还能清洗外形复杂而人工又无法清洗的零件。与手工相比,工效进步10倍以上,本钱降低,但对过滤器这种多孔形物质,有吸收声波的作用,可能会影响清洗的效果。
加热挥发法适用于一些特殊的污染物的处理,即加热后可以挥发掉的,但是这种方法不能将液压元件内部残留的炭、灰及固体附着物往除。
酸处理法是在将零件表面污染物往除以后,放进有CrO3、H2SO4和H2O配合的溶液中浸渍,使表面产生耐腐蚀膜。对不同的金属材料采用不同的酸洗液。
根据系统受湿表明面积来决定系统元件的清洁度的规则,清洗的重点是占系统总受湿表明面积高的元件。因此,清洗的主要对象是软管,油管,液压缸,滤油器和油箱等元件,泵和阀在出厂前已经充分清洗,对系统产生的污染影响不大。
多数工厂的做法是:在装配前硬管进行酸洗-中和-水洗-干燥-除油;软管和接头以及外购元件用煤油或汽油清洗-吹干。
软管必须在管道酸洗,冲洗后方可接到执行器上,安装前要用洁净的压缩空气吹干净。中途若拆卸软管,要及时包扎好软管接头。
接头体安装前用煤油清洗干净,并用洁净压缩空气吹干。还需要生料带密封的接头体,缠生料带时要留意两点:a、顺螺纹方向缠绕;b、缠后的生料带应距螺纹端部留出2~3扣的螺纹长度,否则,超出的部分在拧紧过程中回被切断进进系统。
管道安装前要清理出内部大的颗粒杂质,尽对禁止管内留有石块、破布等杂物。管道安装中若有较长时间的中断,要及时封闭好管口防止杂物进进系统。为防止焊渣、氧化铁皮侵进,建议管道焊接采用气体保护焊如氩弧焊。
液压缸是安装在一个单独的预清洗油箱系统中,用预清洗油液进行循环冲击清洗。所需油量至少是液压缸容量的5倍以上,通常经过5次反复冲洗后,才可以冲洗干净。
所有零件清洗干净后,放进具有封闭性并便于清扫和保持清洁的干净地,场地的空气应该过滤,且场地内地气压要高于外部气压,以防止外部尘埃侵进。
液压元件、组件运输时,应该留意防尘土、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,放进适量的干燥剂。
4对液压系统在总装后进行的冲洗。
由于液压系统在装配过程中必然会形成污染物,例如:在装配管路,接头和螺塞等带螺纹的零件上的镀层,毛刺和附着物由于相互摩擦而脱落,被挤进系统里形成污染等,所以对液压系统在总装后进行清洗是非常必要的。这里一般是通过紊流冲洗来使污染减小到最小。
&&&&&& 液体从一个表面冲走颗粒并携带至下游的能力正比于液体在元件表面的能量的大小。在层流活动中,元件的表面有一个液体的稳态层,作用于元件表面的作用力很小,从液流研究中得到的实验数据表明,液体中流速各不相同,液体中心的速度最高,管壁出液体流速为零。假如一个颗粒太小而潜进层流边层(速度为零、靠近液体表面的静止层),则通过冲洗就不能将其除往。要除往一个颗粒,该颗粒直径就应该是层流边层厚度的两倍
因此要进步冲洗效率,采用紊流冲洗是最有效的,剧烈的紊流能够减小层流层的厚度并冲洗管壁,将颗粒卷走。
&&&&&& 紊流程度的大小由雷偌数决定:
式中& vDD液流的均匀流速(m/s);
&&& & DDD液流的水力直径(m);
DD液体的运动粘度(m2/s);
为了确保紊流,Re应大于13800。在2320<Re<13800时,层流,紊流的可能性都存在,但紊流的情况居多。雷偌数和冲洗效率之间的关系表明,普通采用小流量的冲洗效果是不佳的,假如流量增大但是仍然在室温下冲洗效果也不好,除非采用低粘度的油液。为了确保较高的雷偌数和紊流,可以采用以下方法。
(1)&& 进步流速,冲洗流速应为实际工作的流速的2~2.5倍;
(2)&& 假如条件答应,可使用热冲洗液(85度);
(3)&& 使用的粘度的液体,适用于单个的液压元件或简单回路,是十分有效的;
(4)&& 使液体产生振动,冲洗时借助外力振动系统,如木棒敲击管道。
对液压系统的冲洗的关键工作是对不同清洁度要求的系统选配不同的过滤装置。另外,根据冲洗的不同阶段应该采取不同的过滤精度的滤芯及滤材。为了有效进步过滤效率和减少过滤时间,一般不选择精度高于20μm的滤芯。
对要求达到NAS10级的液压系统,可以选用精度20μm的滤芯。
对要求达到NAS8级的液压系统,可以选用精度10μm的滤芯。
对要求达到NAS7级的液压系统,可以选用精度3~5μm的滤芯。
对要求达到NAS6级的液压系统,可以选用精度1~3μm的滤芯。
刚开始冲洗时,应首先除往大颗粒物质。冲洗一段时间,由于滤网前面污染物不断增多,泵出口压力将渐渐增加,当泵的出口压力增加到一定值后,更换滤网,继续冲洗,直到泵的出口压力升高到一定值所需时间足够长为止。
冲洗设备的配置方式主要有两种,一种是在线的,主要使用系统的油箱和过滤器;另一种为离线过滤,也称为肾循环式。冲洗通常采用离线方式,如图1所示,并采用回油过滤,原因是回油压力较低而且脉动不大。离线方式冲洗的优点是可以在冲洗设备上添加加热器以进步冲洗效果,也可以使用容量大耐污染程度高的离心泵代替系统泵,以进步冲洗流速,同时可避免系统泵被损坏。一般不答应用系统泵进行冲洗。
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对于在线式回路,用冲洗板将各种控制阀短接,将执行元件用胶管接成短路,用冲洗介质冲洗。当达到规定的清洁度后,再换成工作液重新冲洗。达到清洁度后,将冲洗板往掉,换上各控制阀,使其动作,继续冲洗,直到达到要求。然后再接好执行元件,用正式动力源低压循环冲洗,各种控制元件按设计规定顺序动作,工作液达到规定清洁度后合格。在线式回路适用于系统清洁度要求较高或在循环酸洗时酸洗介质已达到一定清洁度的场合。
液压系统的安装和冲洗,可以按如下步骤进行:
在未安装敏感元件(如伺服阀等)之前,将管道及对污染物不敏感元件先装配起来,并将管子端部密封严实。
用跨接线代替敏感元件,将液压回路连接起来,并充液加压,进行冲洗,达到规定的清洁度为止。
完成上述工作后,清理现场并安装敏感元件。
系统的冲洗安排在安装敏感元件之前,是为了避免污染物损伤这些元件的光洁的表面,同时也避免了冲洗时的压力损失。选择的冲洗回路应跳过敏感元件,并尽可能减少活动阻力。冲洗时应避免脏油通过已经冲洗干净的管道,对于较复杂的系统,可选择回路先从支路冲洗到主管道,然后将支路与主管道隔开,再冲洗主管道,在冲洗回路的回油路上,装设滤油器或滤网,冲洗初期由于杂质较多,一般采用80目滤网,冲洗后期改用150目以上的滤网。
为了进步冲洗效果,在冲洗过程中的液压泵以间歇运动为佳,其间歇时间一般为10~30分钟,可在这一间歇时间内检测冲洗效果。在冲洗过程中,为了有利于管内壁上的附着物脱落,可以用木棒或橡皮锤等非金属锤轻轻敲击管道,可连续或间歇地敲击。
冲洗介质通常是实际使用的液压油或试车油。避免使用酒精、蒸气等,以防腐蚀液压元件、管道、油箱及密封件等。
冲洗液的用量一般以油箱工作容量地60%~70%为宜,冲洗时间不要太长,一般为2~4小时,在特殊情况下不超过10小时。冲洗效果以回途经滤网上无污染杂质为标准。冲洗后的液压油需要经过质量检测才能确定能否继续使用。
为了防止外界湿润的空气引起锈蚀,液压泵应继续运转,直至油温恢复正常为止,再将冲洗油排除干净。
冲洗过程中还应该留意:
(1) 油箱要封闭,减少现场空气中颗粒进进油箱的机会;
(2) 相油箱中加进冲洗油时应使用带过滤器的加油小车,以滤除桶装油中的污染物;
(3) 更换滤芯时暂停冲洗泵,留意不要带进杂质;
(4) 对排空和排污要定期进行,以确保系统布满,并及时排出气体和污染物。
(5) 在冲洗的前期,油中水分蒸发很重要,在冲洗油箱上应有蒸汽逸出的窗口。
(6) 冲洗合格后在抽出冲洗油、管线使用前要留意保护,以免污染物进进系统。
装配前的元件清洗和装配后的系统冲洗对新投进使用的液压系统是尽对必要的,任何抱有侥幸心理而放弃清洗都会对设备带来致命的损害。经过严格的冲洗后,可以减少和避免系统调试和早期运行中的故障,缩短系统的调试周期,减少不必要的损失。但是,系统的污染控制是一个不断进行的过程,不可能一劳永逸,在系统的运行期间还要定期检测油液状态,并控制污染物使其保证在系统答应的清洁度范围内。
参考文献:
[1]&&&&& 贾瑞清.液压过滤技术及抗磨理论[M].北京:中国矿业大学出版社, 1999.
[2]&&&&& 李培艳 李凤芹.液压系统的污染控制与治理.重型机械, 2002, 5, P37~39
[3]&&&&& 郑云波 何大钧.液压系统的清洗.液压气动与密封, 2001, 4, P3~7& &&&
[1] 夏连海 中国矿业大学机电与信息学院流体动力实验室实验师,主要从事机械和流体动力学的教学和试验工作
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