礦用挖掘機液壓系統(tǒng)污染分析及預(yù)防

張華堂 張軍奎

摘要：本文通過對礦用液壓挖掘機液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)污染原因的介紹、分析污染對液壓系統(tǒng)的危害，提出了預(yù)防和控制污染的措施，從而降低系統(tǒng)故障率，保障挖掘機長期有效運行。

關(guān)鍵詞：液壓系統(tǒng);液壓油;污染;控制;挖掘機

前言

液壓挖掘機以其輕便靈活、工作穩(wěn)定、自動化程度高的特點，被越來越多的大型露天礦所采用，是當前土方作業(yè)中最重要的工程機械。目前，挖掘機上工作機構(gòu)挖掘、回轉(zhuǎn)、行走等功能全部采用液壓系統(tǒng)來完成。液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)的污染是系統(tǒng)發(fā)生故障的主要原因之一，它嚴重影響著系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和液壓元件的壽命。為保障液壓系統(tǒng)的長期有效運行，對作為液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)的液壓油，了解和研究液壓油的污染原因，對預(yù)防和控制系統(tǒng)污染是是十分必要的。

1.液壓系統(tǒng)污染的原因

液壓系統(tǒng)的液壓油中有各種各樣的污染物，其中固體顆粒是主要的污染物，此外還有水、空氣以及有害的化學(xué)物質(zhì)等，污染是有外部和內(nèi)部兩方面原因造成，外部原因是指固體顆粒、雜質(zhì)、水分、空氣及其他油類等進入系統(tǒng)，內(nèi)部原因是指通過新的液壓油帶入污染和設(shè)備在運行過程中系統(tǒng)內(nèi)零件磨損、原件表面材料剝落及油液在高溫高壓作用發(fā)生物理化學(xué)變化產(chǎn)生的有害物質(zhì)。根據(jù)污染物侵入系統(tǒng)方式的不同，液壓油的污染可分為：殘留污染、侵入污染、再生污染。

1.1殘留污染

液壓挖掘機油箱、合流塊、硬管等自制件在加工、裝配、儲藏、運輸過程中，產(chǎn)生的型砂、切屑、磨料、焊渣、繡片、灰塵等有害物質(zhì);主泵、閥組和馬達等外購件同樣也存在上述有害物質(zhì)。若系統(tǒng)在裝配前未清潔干凈，有害物質(zhì)就會“潛伏”在系統(tǒng)中;清潔過程中由于人為疏忽遺落的有害物質(zhì)，此類物質(zhì)也會對系統(tǒng)造成危害。

1.2侵入污染

新的液壓油在生產(chǎn)。運輸、存儲等過程中，容器的漆料和鍍層、注油管路的橡膠、及空氣中的灰塵等有害物質(zhì)都可以進入油液，現(xiàn)場對新購液壓油檢測，大部分污染度都達不到挖掘機液壓系統(tǒng)使用要求。

露天作業(yè)的液壓挖掘機在加油時不注意清潔會給系統(tǒng)帶來污染。礦用液壓挖掘機作業(yè)環(huán)境惡劣，操作人員專業(yè)知識欠缺，加油時未清潔注油口就直接注油。

挖掘機各工作機構(gòu)油缸活塞桿伸出端也是污染物侵入的主要途徑之一，挖掘機在作業(yè)時污染物通過往復(fù)伸縮的活塞進入系統(tǒng)。雖然油缸有桿腔都裝有防塵圈來防止灰塵等污染物的進入，只要活塞在做伸縮運動就無法防止污染物尤其是細小的雜質(zhì)侵入系統(tǒng)。長期停放開始作業(yè)前若未及時清理干凈油缸伸出活塞桿上的灰塵、雜質(zhì)，可能會出現(xiàn)個別雜質(zhì)導(dǎo)致防塵圈損壞，若防塵圈損壞就會有大量污染物侵入系統(tǒng)。

挖掘機維修作業(yè)時，管路不按規(guī)定封堵;在露天風(fēng)沙天氣拆裝液壓元件;拆裝的元件未按規(guī)定清洗;更換的管路未進行酸洗清潔等都會導(dǎo)致污染物侵入系統(tǒng)。

維護時由于人為疏忽維修時遺落的棉紗未及時清理;維護設(shè)備（加油小車）保管不當，使用前未進行清潔、檢查，與系統(tǒng)連接后，造成污染物侵入。

維護人員為及時更換油箱空氣濾芯造成空氣污染物侵入系統(tǒng)。

1.3再生污染

液壓挖掘機在作業(yè)過程中，液壓系統(tǒng)本身還在不斷再生新的污染物。各工作機構(gòu)的運動勢必會造成一定的磨損，如油缸活塞桿與密封圈產(chǎn)生的磨損顆粒;出現(xiàn)零件的殘銹、濾網(wǎng)脫落的顆粒或纖維、剝落的油漆碎片;液壓油在高溫高壓下氧化分解生成的氧化物等污染物。同時，油液中的水分和電化學(xué)反應(yīng)都會使金屬腐蝕，從而使液壓系統(tǒng)污染。

2.液壓系統(tǒng)污染的危害

液壓界有一共識“80%的故障是來源于液壓油和液壓系統(tǒng)的污染”，污染會加速液壓挖掘機各機構(gòu)的磨損，破換密封系統(tǒng)，降低傳動速度，還會造成活動機構(gòu)卡滯，功能失效，直接威脅作業(yè)安全。油液污染對液壓系統(tǒng)造成的故障損耗和壽命降低的損失是驚人的。會降低設(shè)備的可動率，增加設(shè)備維護成本。液壓系統(tǒng)污染對挖掘機危害只要有以下幾個方面：

2.1加速各機構(gòu)的磨損，導(dǎo)致功能失效

油液中的污染顆粒進入液壓元件內(nèi)的相對滑動部位，對元件的表面產(chǎn)生切屑磨損，顆粒多次碾壓會出現(xiàn)的疲勞磨損造成元件表面材料剝落，剝落的顆粒在液流的沖刷下進入系統(tǒng)中，繼續(xù)危害其他元件，加劇系統(tǒng)磨損，導(dǎo)致系統(tǒng)功能失效。如污染顆粒會引起濾油器堵塞，導(dǎo)致液壓泵吸空，產(chǎn)生振動和噪聲;污染物會使閥類元件運動副過早磨損，閥隙加大，甚至引起滑閥卡住，節(jié)流口堵塞，造成閥動作失靈、流量調(diào)節(jié)失效或流量不穩(wěn)定，進而使整個系統(tǒng)功能失效;污染物顆粒還會使活塞與缸體、活塞桿與缸蓋孔以及密封件產(chǎn)生拉傷加速磨損，使泄漏量增大，容積效率和有效推力（拉力）降低;污染物使液壓缸摩擦力增大，出現(xiàn)爬行現(xiàn)象;污染物顆粒會卡住活塞或活塞桿，導(dǎo)致液壓缸不動作，整個系統(tǒng)失去工作功能。

2.2加速油液變質(zhì)

在油液中金屬微顆粒的催化作用下，與油液中的水、空氣以及設(shè)備長期作業(yè)產(chǎn)生的熱能等氧化必要條件下，很容易發(fā)生氧化變質(zhì)。污染物繁殖的細菌，加劇油液老化變質(zhì)，發(fā)黑發(fā)臭，油液變質(zhì)后粘度和防銹功能降低，元件磨損加劇;乳化后的油液消泡功能降低，低溫流動性差，氧化產(chǎn)生的粘稠狀物質(zhì)會堵塞過濾元件，導(dǎo)致系統(tǒng)流量降低，溫度上升;若系統(tǒng)溫度達到65℃以上時，液壓油氧化速度加快。實驗表明油溫每升高10℃，氧化速度增加一倍。為換油和補液增加大企業(yè)的經(jīng)濟負擔

3.液壓系統(tǒng)污染預(yù)防和控制

液壓系統(tǒng)污染控制措施主要有三：堵源、清洗、過濾。

3.1污染源的控制措施

對新油進行過濾凈化，盛放過濾凈化后的油液的容器應(yīng)采用密閉式，盡量采用密閉油箱。加強檢查活塞桿防塵密閉的良好性，長期停放作業(yè)前清除干凈活塞桿伸出部分的灰塵和雜質(zhì)。保持維修工具和設(shè)備的清潔，對設(shè)備應(yīng)定期進行清洗;對系統(tǒng)定期、視情進行檢查、清洗過濾;對系統(tǒng)按要求定期更換液壓油;系統(tǒng)每次拆裝較多元件或更換元件后進行清洗過濾。

定期、視情清洗系統(tǒng)的過濾器后，對系統(tǒng)進行過濾凈化，及時制止磨損的鏈式反應(yīng);預(yù)防水分進入系統(tǒng)，控制系統(tǒng)工作油溫，抑制油液氧化，視情更換系統(tǒng)油液。

3.2液壓元件和系統(tǒng)的清洗

3.2.1液壓元件的清洗

各類液壓元件在加工、裝配和維修等過程中的每一個環(huán)節(jié)都會有殘留污染物，因此必須采用有效的清潔措施，是液壓元件達到要求的清潔度。若清潔度不達標的液壓元件裝入系統(tǒng)中，在液流沖刷和機械振動等作用下，會釋放到油液中，進而污染系統(tǒng);液壓元件內(nèi)部殘留的污染物往往是造成元件早期失效的主要原因。

液壓元件的清洗應(yīng)從生產(chǎn)制造的最初環(huán)節(jié)開始，每一工藝過程后都需要采取相應(yīng)的清潔措施，在最后裝配工序完成后就只需要清潔裝配時帶入的污染物，這樣極大的減少了最后的清潔工作量，進而確保了液壓元件的清潔度。

3.2.2液壓系統(tǒng)的清洗

液壓元件清洗結(jié)束，裝入系統(tǒng)后，要進行液壓系統(tǒng)的清洗，也叫回路清洗。清洗的目的旨在去除回路安裝時進入系統(tǒng)的污染物以及液壓元件未清洗干凈的污染物。

清洗過程：先將系統(tǒng)較復(fù)雜、精密的元件斷開，用旁路連通回路，然后根據(jù)具體情況決定是否利用系統(tǒng)的油箱和液壓泵，接入高精度大納污容量過濾器，或外接專用的清潔裝置，對系統(tǒng)進行清洗，清洗一般不少于8小時;對于液壓挖掘機這樣復(fù)雜的液壓系統(tǒng)可分幾部分或幾個回路分別清洗;清洗一般采用與系統(tǒng)相適應(yīng)的粘度較低的油液，并盡可能提高液流速度，以便使系統(tǒng)回路內(nèi)的液流保持在充分的紊流狀態(tài)，即雷諾數(shù)須在4000以上，如雷諾數(shù)不夠，可通過加大流量和增加清潔溫度來實現(xiàn)。清潔到一定程度后，將斷開的液壓元件接回到系統(tǒng)，機械進行循環(huán)清洗，直到系統(tǒng)油液污染度達到規(guī)定要求為止。

若液壓系統(tǒng)在使用過程中油液污染度超過規(guī)定要求，首先應(yīng)系統(tǒng)中的過濾器進行清洗更換，然后恢復(fù)系統(tǒng)，用外接的清潔裝置安裝上述流通法對系統(tǒng)進行清洗凈化。

3.3污染物侵入的控制

3.3.1油液的過濾凈化及更換

新購置的液壓油往往存在污染度不符合設(shè)備使用要求的現(xiàn)象，一般新油的污染度等級要比挖掘機液壓系統(tǒng)要求的污染度等級高2級左右。因此，新購置的液壓油使用前一定要進行過濾凈化，同時要把凈化后的液壓油盛放在密閉容器內(nèi)，以保證油液的污染度。

液壓油在使用過程中受到機械、物理和化學(xué)作用，容易發(fā)生劣化變質(zhì)，當液壓油的主要性能劣化到對系統(tǒng)功能有危害時，需及時更換液壓油。

液壓油變質(zhì)對油液主要性能影響有：油液氧化會引起密度增加、顏色變深、粘度增加、殘?zhí)吭黾?、酸值增?油液中混入閃點低的液體會降低液壓油的閃點;顆粒污染物濃度增加或油液乳化會使油液顏色加重渾濁;機械剪切作用或混入其他粘度較低的液體會使油液粘度下降。

判斷液壓油是否需要更換通常有兩種方法：經(jīng)驗法和檢測化驗法。經(jīng)驗法根據(jù)兩項時間指標決定，液壓油的使用時間和挖掘機的作業(yè)時間，在初期沒有經(jīng)驗的情況下，需要定期對油液進行化驗，發(fā)現(xiàn)油液污染度和粘度不符合要求時，記錄當時的液壓油使用時間和設(shè)備作業(yè)時間，這兩項時間指標就作為經(jīng)驗值，在以后設(shè)備使用過程中無需定期對液壓油檢測化驗，只需抽查化驗即可，當兩項時間指標有一項達到規(guī)定要求就需要及時更換液壓油。

3.3.2工作機構(gòu)液壓油缸活塞桿伸出端的清潔

油缸活塞桿伸出端是外界污染物進入系統(tǒng)的主要途徑之一。挖掘機每次作業(yè)前，應(yīng)清除干凈活塞桿上的灰塵和雜質(zhì);設(shè)備長期停放時活塞桿伸出端應(yīng)涂抹油封油，啟封后應(yīng)清除干凈，防止油封油侵入油缸，進而污染系統(tǒng)。平時作業(yè)期間要加強對油缸防塵密封圈的檢查，確保其防塵密封的良好性。發(fā)現(xiàn)活塞桿伸出端有油跡，說明防塵密封圈已損壞或已老化失去彈性，應(yīng)及時停止作業(yè)更換防塵密封圈。

3.3.3維修中應(yīng)保持油液的清潔

（1）?防止加注油液造成污染

液壓挖掘機應(yīng)加注規(guī)定的液壓油，夏季美孚68號液壓油，冬季美孚32號液壓油;加油前用洗滌汽油清洗加油小車的進油管和加油接頭，使用完立即將管接頭進行封堵;定期檢查，清洗更換加油小車的油濾;長期停放的加油小車啟用前應(yīng)先用新油將小車系統(tǒng)內(nèi)殘留的油液排出，清潔干凈后再往挖掘機油箱注油;挖掘機注油口與油箱空濾口共用，注油前要先清潔空濾接口周圍和空濾上方的灰塵，再緩慢旋開空濾，注油結(jié)束后及時恢復(fù)空濾;應(yīng)避免在風(fēng)、沙、雨雪天氣進行注油，特殊情況應(yīng)采取必要措施，防止污染物通過注油口侵入系統(tǒng)。

（2）防止維修過程造成的污染

①露天停放的液壓挖掘機嚴禁在風(fēng)、砂、雨雪天氣進行對液壓元件的拆裝;

②拆裝液壓元件前，應(yīng)先用清潔接頭和拆裝用的工具，工具應(yīng)放在清潔的工具盤和工具袋內(nèi);元件拆下后，應(yīng)立即對元件及挖掘機上對應(yīng)的接頭進行封堵、包扎;安裝前應(yīng)對元件、管路進行清洗，連接導(dǎo)管應(yīng)判斷螺紋對正，再用扳手擰緊，接頭處盡量不用封口膠，必須使用時不得將封口膠涂到喇叭口上或錐面上;

③液壓元件的分解應(yīng)在室內(nèi)進行;

④液壓元件或油濾用洗滌汽油清洗后，易在元件表面產(chǎn)生水霧，裝配前應(yīng)晾干，不得帶水霧裝配;

⑤拆裝過的元件的液壓系統(tǒng)啟機后要及時排氣，油量要加到規(guī)定值;同時要該系統(tǒng)進行清洗并取樣化驗，確保系統(tǒng)油液污染度在要求的范圍內(nèi)。

4.液壓系統(tǒng)污染控制管理規(guī)范

液壓系統(tǒng)污染控制的最終目的是，通過污染控制措施的系統(tǒng)油液的污染度控制在組成系統(tǒng)的液壓元件所能承受的范圍之內(nèi)，以保證液壓系統(tǒng)功能的可靠性和設(shè)備的使用壽命。污染控制的措施主要包括：

4.1根據(jù)對系統(tǒng)工作可靠性和設(shè)備使用壽命的要求，確定系統(tǒng)油液的目標清潔度等級;

4.2為達到系統(tǒng)清潔度，采取有效的油液過濾和防止污染物侵入的措施;

4.3定期檢測系統(tǒng)油液的污染度等級，一旦超出規(guī)定值，及時采取措施確保系統(tǒng)的清潔度。

5.結(jié)語

通過對挖掘機液壓系統(tǒng)污染的原因及其危害的論述和分析看出，只有充分污染對液壓系統(tǒng)的危害，樹立維護重于維修的觀念，制定預(yù)防和控制措施，并將其納入到挖掘機日常管理工作當中，長期保持系統(tǒng)處于清潔運轉(zhuǎn)狀態(tài)，降低元件的故障率，方可保障挖掘機的液壓系統(tǒng)在規(guī)定的壽命內(nèi)安全可靠的運行。

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