影響液壓油壽命的外在因素

劉卜瑜(中國石化潤滑油有限公司北京研究院，北京 100085)

0 引言

在液壓油選型和使用中，諸多因素會(huì)對液壓油的使用壽命造成影響，液壓油本身的品質(zhì)取決于液壓油產(chǎn)品的配方設(shè)計(jì)及生產(chǎn)工藝，在液壓油選型時(shí)已成為確定因素。本文重點(diǎn)討論液壓油在使用過程中外在的對其性能及壽命造成影響的主要因素，以便為液壓油的正確使用及維護(hù)提供參考意見。

1 溫度對液壓油壽命的影響

液壓油在使用過程中不可避免的要與高溫、氧氣、金屬接觸，這就具備了液壓油氧化的條件，即高溫、氧、催化劑，這三個(gè)氧化條件均可能促進(jìn)液壓油快速氧化。通常，液壓油在常溫下的氧化是很慢的，溫度在94℃以下、正常大氣下氧化不是特別明顯，但是當(dāng)溫度超過94℃時(shí)，氧化速率開始隨溫度的變化而變得明顯，溫度每升高10℃，氧化速率增加一倍，溫度越高，液壓油的氧化就越劇烈[1]。由此可見，高溫會(huì)縮短液壓油的氧化壽命。

液壓油溫度升高主要是因?yàn)橄到y(tǒng)功率損失造成的，比如泵的功率損失，液壓缸和液壓馬達(dá)在工作過程中因泄漏造成的功率損失，管道因長度、接頭、轉(zhuǎn)彎、過濾等造成的沿程壓力損失等；另一方面，閥件如溢流閥和伺服閥等在工作時(shí)因發(fā)揮節(jié)流和壓力控制效用時(shí)也會(huì)產(chǎn)生熱量；液壓系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)部件因摩擦以及接觸面之間的粘性阻力等也會(huì)使液壓油溫升高；當(dāng)液壓油中混有空氣，在高壓環(huán)境下，氣泡因沖擊和急劇壓縮的作用會(huì)發(fā)生突然破裂，釋放出大量熱致使液壓油溫急速升高；設(shè)備冷卻、散熱設(shè)備發(fā)生故障或因故不能達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的冷卻散熱效果時(shí)也會(huì)使液壓油溫度升高[2]。

2 金屬對液壓油壽命的影響

對于液壓油的氧化，除了高溫可以加速氧化以外，若液壓油中含有銅、鐵等金屬顆?；蚪饘匐x子，上述金屬特別是金屬離子會(huì)作為催化劑成倍增加液壓油被氧化的速度，液壓油氧化生成的酸會(huì)腐蝕金屬部件進(jìn)一步增加金屬離子在液壓油中的濃度，氧化產(chǎn)生的油泥和沉淀會(huì)加速運(yùn)動(dòng)部件的磨損，進(jìn)一步增加磨損從而造成液壓油溫度升高，同時(shí)也增加了金屬磨損產(chǎn)生的磨粒數(shù)量，引發(fā)液壓元件磨損的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，造成惡性循環(huán)[1]。因此，金屬不僅會(huì)催化加速液壓油的氧化使其迅速老化，還會(huì)引發(fā)運(yùn)動(dòng)部件磨損的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，使液壓油受到顆粒物的污染進(jìn)而對液壓系統(tǒng)造成磨損、閥件動(dòng)作失靈甚至卡閥等故障。

液壓油中的金屬離子主要來自自身氧化產(chǎn)生的酸性物質(zhì)對金屬零部件的腐蝕；液壓油中的金屬顆粒主要來源于液壓元件的磨損。上述兩個(gè)來源可以互相促進(jìn)，金屬離子和顆粒的存在會(huì)促進(jìn)液壓油的氧化，氧化產(chǎn)生的酸性物質(zhì)、油泥和沉淀會(huì)進(jìn)一步引發(fā)金屬部件的腐蝕和磨損，進(jìn)而增加金屬離子和金屬顆粒的濃度。

3 水對液壓油壽命的影響

液壓系統(tǒng)在正常使用過程中不可避免的要與水接觸，由于不可避免性，液壓油中允許少量水的存在，對于液壓油新油來說水含量要控制在質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜0.03%，對于使用中的液壓油水含量要控制在質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.1%。但是，當(dāng)液壓油中水的含量較大，并且在較高壓力和流速下運(yùn)行時(shí)，較大的水滴會(huì)因?yàn)楦咚偻膭?dòng)和強(qiáng)剪切的作用分散成細(xì)小的水滴，此時(shí)，由于液壓油中含有一定量的抗氧防腐劑和防銹劑等添加劑，而這些添加劑均具有降低油水界面張力的作用，同時(shí)，這些添加劑容易吸附于油水界面上形成堅(jiān)固的界面膜進(jìn)而阻礙小水滴向大水滴的凝集，從而形成穩(wěn)定的油水乳化狀態(tài)造成液壓油的乳化。此時(shí)的液壓油體系會(huì)因水的存在破壞潤滑油膜的形成造成磨損；水的存在還會(huì)加速液壓油的變質(zhì)，造成液壓油中部分添加劑的析出，或與部分添加劑發(fā)生水解作用或其他化學(xué)反應(yīng)生成沉淀物造成過濾器堵塞、卡閥等現(xiàn)象；水的存在還會(huì)造成液壓元件的銹蝕和腐蝕。此時(shí)必須將乳化的液壓油進(jìn)行換油處理，否則，將極大程度的影響液壓油的壽命[3]。

液壓油中水的侵入主要有兩種途徑：一是由于液壓系統(tǒng)管路接口、法蘭等密封不良直接造成的水的侵入；二是在空氣濕度較大的環(huán)境中工作時(shí)由于呼吸作用將水引入。

4 舊油對液壓油壽命的影響

液壓油在用至換油期時(shí)，不可避免地會(huì)發(fā)生不同程度的氧化，有的氧化會(huì)非常嚴(yán)重，而氧化產(chǎn)物本身也會(huì)像催化劑那樣作用，進(jìn)一步加速液壓油的氧化進(jìn)程[1]。

舊油的引入一般來自設(shè)備液壓系統(tǒng)換油時(shí)的殘留，因此，液壓系統(tǒng)在換油時(shí)，系統(tǒng)中舊油的殘存量對于后加入的液壓油壽命影響起著不可忽視的作用，換油的充分性就顯得尤為重要。以挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)為例，挖掘機(jī)液壓油箱的容量大約占整機(jī)液壓系統(tǒng)總裝油量的一半，其他的液壓油分布在其他液壓元件(如液壓泵、閥件、液壓缸)及管路中[4]。而挖掘機(jī)換油時(shí)，往往液壓油箱中的液壓油可以相對比較容易的通過設(shè)備抽出，而留存在液壓元件及管路中的液壓油相對難以置換并容易被忽略，從而在新液壓油加入后會(huì)嚴(yán)重影響新液壓油的使用壽命。因此，在對設(shè)備液壓系統(tǒng)換油時(shí)或者設(shè)備液壓系統(tǒng)必須清洗時(shí)，如果條件具備，建議對設(shè)備液壓系統(tǒng)使用擬更換的液壓油新油對整個(gè)液壓系統(tǒng)進(jìn)行充分的沖洗，并取液壓油樣通過便攜式設(shè)備進(jìn)行性能監(jiān)測以保證良好的換油效果。具體換油程序和換油效果見圖1 和圖2。

圖1 液壓系統(tǒng)換油參考程序

5 其他外來因素對液壓油壽命的影響

除上述描述的對液壓油壽命會(huì)產(chǎn)生顯著影響的主要因素之外，其他污染物的直接引入也會(huì)對液壓油的壽命產(chǎn)生重大影響，如，部分機(jī)床設(shè)備工作過程中金屬加工液的不慎引入；在對液壓系統(tǒng)進(jìn)行清洗時(shí)部分帶有表面活性劑的清洗劑的殘留；不同種類潤滑油(如內(nèi)燃機(jī)油、齒輪油等)的不慎加入，甚至不同品牌的液壓油的混用，會(huì)因?yàn)榕浞襟w系的不同使得液壓油體系出現(xiàn)渾濁、沉淀等導(dǎo)致液壓油壽命的受損。

6 廣泛意義上的長壽命液壓油

提起長壽命液壓油，人們通常想到的便是換油周期較長的液壓油，往往會(huì)和液壓油的抗氧化能力及氧化壽命相關(guān)聯(lián)，的確，液壓油的抗氧化能力決定了其氧化壽命，這是一項(xiàng)非常關(guān)鍵的指標(biāo)。但是，液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行，需要液壓油具有多項(xiàng)優(yōu)異性能，如抗乳化性，以用于保持液壓油的油水分離能力；空氣釋放性和抗泡沫性，以用于保證液壓油具有較好的釋放空氣及抑制泡沫生成和消除泡沫的能力；熱穩(wěn)定性和水解安定性，以用于保證液壓油在高溫或有水工況下添加劑抵抗熱分解和水解的能力。因此，長壽命液壓油應(yīng)當(dāng)是一個(gè)廣泛意義上的概念，任何一項(xiàng)關(guān)鍵性能的缺失均可能影響液壓油的壽命。

7 結(jié)語

本文總結(jié)了影響液壓油壽命的外在主要因素，并結(jié)合不同因素分析了其對液壓油壽命可能造成的影響；分析了影響液壓油壽命因素的成因；提出了長壽命液壓油應(yīng)當(dāng)是廣泛意義上的概念，任何一項(xiàng)關(guān)鍵性能的缺失均可能影響液壓油的壽命。因此，若要保證液壓油具有較長的壽命進(jìn)而保證液壓系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行，需要綜合考慮各項(xiàng)影響液壓油壽命的因素，多角度、多方位對使用中的液壓油做好維護(hù)，保證液壓油關(guān)鍵性能的穩(wěn)定性和持續(xù)性。液壓油本身的優(yōu)異品質(zhì)可以在一定程度上抵御外在因素的影響，具有較好的耐受性和壽命，因此，在液壓油選型時(shí)也可以考慮選用品質(zhì)較好長壽命液壓油以保證液壓系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定和可靠，提高運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)效益。