漁撈機械中高壓液壓系統可靠性剖析

徐曉 羅錫偉

摘 要：液壓系統可靠性包括了二個方面，即性能可靠性和使用可靠性。正確設計是保證性能可靠性的先決條件；而油液清潔度是保證使用可靠性的關鍵；正確操作和維護保養是提高使用可靠性的途徑……

關鍵詞：中高壓；液壓；系統；設備；傳動

上世紀70年代末，隨著漁業生產的迅速發展，海洋漁業資源的變化，漁船上應用的機械傳動和低壓（2.5Mpa）液壓傳動的漁撈、甲板機械，其拉力和絞速等適應不了逐步發展起來的遠洋捕撈的需要，為此，中高壓漁撈甲板機械便應運而生。

中高壓液壓傳動裝置以結構緊湊、重量輕、運動平穩、可有效地防止過載，元件的通用性、互換性好，易于實現自動控制等優點，而被捕撈船員所共識。

漁船作業往往遠離大陸，環境工況又十分惡劣，維修條件十分差，因此，其液壓系統的工作可靠性尤其顯得重要。可靠性是一種綜合指標，是一個復雜的技術問題，可靠性與產品的設計，制造和運行過程直接相關。它包括了兩個方面，即性能可靠性和使用可靠性，兩者相輔相成。

在平時，直觀反應的往往是使用可靠性，而對性能可靠性，則注意不夠，反應不明顯。人們習慣上往往把“經久耐用”當作可靠性的唯一指標，這是片面的。因為“耐用”并不等于性能良好。因此，作為理想的液壓系統及設備，我們第一希望是性能良好，沒有故障。其次是萬一出了故障，應能很快修復。其要求是在性能正常狀況下，能夠提供很高的運轉率。實踐告訴我們，只要把住設計和建造兩個關鍵，并做到正確操作和維護保養，漁船中高壓系統的可靠性應該是有保障的。

一、正確設計是性能可靠必保證的先決條件

就設計角度而論，應著重解決性能可靠性問題。液壓系統的設計計算，有壓力、速度、功率和發熱量和熱平衡計算。必要時應作出液動機的功率曲線或關系圖表。以便能正確選擇元件和合理設計能源。

要保證液壓系統性能可靠，除了要正確選擇基本回路外，還要取決于系統中所選用的元件（包括組成的單機）質量的優劣。液壓元件的質量，將直接影響到整個系統的正常工作。低劣的元件所組成的回路乃至整個系統，工作可靠性是無法保障的。當然，影響元件性能的好壞是多方面的。有它本身的內在因素即自然壽命，也有外部條件如油液的污染度、油溫、環境條件等所給予的影響。

由于漁船作業工況的限制，在設計液壓系統時特別強調可靠性。多考慮些系統本身應付各種故障的能力，同時還要考慮在應急條件下的安全措施。

二、降壓和降速度使用是提高系統性能可靠性的辦法

漁船在漁場作業時，受到風浪、潮流、漁獲物和網具等多種因素的影響。在起、放網作業中，其單機的受力情況往往無法預估，所以就整個系統而言，在選用液壓元件時，應注意壓力級和速度級的安全裕度。其安全系數一般應大于1.25倍為宜。特別是對泵和馬達、采用降壓和降速使用，有利于延長使用壽命、提高系統的使用可靠性。

三、保證油液清潔度是使用可靠性的關鍵

實際經驗表明，油液污染是導致液壓設備的主要原因，據有關資料統計，液壓故障大約有75%左右是由油液污染所造成的液壓設備的工作可靠性和元件和使用壽命，很大程度上取決于油液的清潔度。

液壓油的清潔度用“污染度等級”來表示。過去各個國家以至各個工業部門制定過各自的油液污染度等級標準。目前使用較普遍的是國際標準ISO4406油液污染度等級標準（表1）和美國NAS1638污染等級標準。

表1 ISO 4406油液污染等級部分標準

例：如果每mL油液中有大于5μm的顆粒數為4000和15μm的顆粒數為90時，則相應的污染度代號分別為19和14。因此，國際標準化組織的污染度等級是19/14。

我國制定的油液污染度等級標準等效采用ISO4406國際標準。機械設備液壓系統油液允許的污染度等級如表2所示。

表2 機械設備液壓系統油液允許污染度等級

我們曾對不同時期建造的8201、8203型圍網漁船和8154C型艉滑道拖網漁船的液壓系統所使用的油質進行了抽樣化驗。從結果來看，液壓油的污染度與系統的故障率成正比關系，即污染度越大（等級數字越大）系統的故障率也越高。

實踐證明，保證中高壓系統的施工質量將關系到系統的成功與否。關鍵是如何保證系統的油液清潔。這是施工中的難度所在。為了達到上述目的，在裝船過程中要嚴格招待有關標準，做到：A、液壓元件在裝入系統前，要進行檢查和必要的清洗工作。B、液壓管（包括管接頭，法蘭）在裝船前，必須經成型、試壓和化學處理，做好清潔工作。C、所有元件、附件、包括管子在裝船中，要做好及時封口，避免臟物和雨水進入。D、液壓系統安裝完畢后，應進行把風油循環沖洗，達到要求的清潔度。

四、正確操作和維護保養是提高使用可靠性的途徑

使用可靠性與操作有關。設備在運行過程中，雖然受到環境條件等限制，但人為因素對可靠性的影響是不可忽視的。

作為自然資源開發產業的海洋漁業，液壓傳動技術特別是中高壓液傳動，在我國漁船上的應用，目前尚處于發展的初級階段。多數船員還缺乏液壓傳動的基礎知識，以至不能及時處理一般的故障，有時甚至野蠻操作，其結果往往降低了使用可靠性，并給生產帶來了不必要的損失。為此，要推廣、發展中高壓液壓傳動技術在漁船上的應用，在漁船船員中進行技術培訓是必要的。通過培訓，提高船員的技術素質，使他們掌握液壓傳動的基礎知識，學會正確操作和維護保養，學會一般故障的處理方法。

五、排除系統中的空氣是提高使用可靠性的措施

空氣進入液壓系統后，如不及時排除，其危害性極大，主要表現在以下幾個方面：

（1）系統壓力平生波動。工作時壓力表指針不穩定，忽高忽低，有時還會產生不規則的沖擊或伴有噪音發生。對此，除壓力表容易損壞外，系統中的元件也容易產生誤動作，造成故障。同時由于沖擊而引起管道密封不良的后果。（2）運動速度的不穩定。特別是對有油缸的回路中，由于氣體的可壓縮性，引起油缸（或活塞）運動速度的不穩定。有時甚至出現爬行或不能工作的現象。對油馬達回路，將引起絞機轉速的不穩定。

空氣進入液壓系統后，隨著液體的流動，空氣往往凝集在管路或元件的最高處，特別容易引起控制元件產生誤動作，從而大大降低了液壓系統可靠性。

隨著油溫的變化，壓力的變化，停留在系統的空氣將產生氣化反應。分離出的氣體會腐蝕元件機體和管道。降低元件的使用壽命。冷卻時，部份氣體又可能成為水進入油液中，使油質變壞。

為了防止空氣進入液壓系統（特別是閉式系統）應采取如下措施：A、嚴格控制油質的純度，不允許水份進入系統中。B、在回路或管道的最高部位，應設置放氣裝置。C、在閉式系統中，則在泵啟動后（一般為停泵12小時以上）要及時打開放氣閥，排除空氣。D、系統在正常工作過程中，要經常注意油箱液位的變化，防止在液壓油嚴重不足時，泵繼續工作而入大量空氣。E、要經常檢查泵吸油口管路的密封，防止空氣進入。