礦用挖掘機液壓系統污染分析及預防

張華堂 張軍奎

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

關鍵詞：液壓系統;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，是當前土方作業中最重要的工程機械。目前，挖掘機上工作機構挖掘、回轉、行走等功能全部采用液壓系統來完成。液壓系統工作介質的污染是系統發生故障的主要原因之一，它嚴重影響著系統運行的穩定性和液壓元件的壽命。為保障液壓系統的長期有效運行，對作為液壓系統工作介質的液壓油，了解和研究液壓油的污染原因，對預防和控制系統污染是是十分必要的。

1.液壓系統污染的原因

液壓系統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物質等，污染是有外部和內部兩方面原因造成，外部原因是指固體顆粒、雜質、水分、空氣及其他油類等進入系統，內部原因是指通過新的液壓油帶入污染和設備在運行過程中系統內零件磨損、原件表面材料剝落及油液在高溫高壓作用發生物理化學變化產生的有害物質。根據污染物侵入系統方式的不同，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，產生的型砂、切屑、磨料、焊渣、繡片、灰塵等有害物質;主泵、閥組和馬達等外購件同樣也存在上述有害物質。若系統在裝配前未清潔干凈，有害物質就會“潛伏”在系統中;清潔過程中由于人為疏忽遺落的有害物質，此類物質也會對系統造成危害。

1.2侵入污染

新的液壓油在生產。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都可以進入油液，現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使用要求。

露天作業的液壓挖掘機在加油時不注意清潔會給系統帶來污染。礦用液壓挖掘機作業環境惡劣，操作人員專業知識欠缺，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，挖掘機在作業時污染物通過往復伸縮的活塞進入系統。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侵入系統。長期停放開始作業前若未及時清理干凈油缸伸出活塞桿上的灰塵、雜質，可能會出現個別雜質導致防塵圈損壞，若防塵圈損壞就會有大量污染物侵入系統。

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

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

1.3再生污染

液壓挖掘機在作業過程中，液壓系統本身還在不斷再生新的污染物。各工作機構的運動勢必會造成一定的磨損，如油缸活塞桿與密封圈產生的磨損顆粒;出現零件的殘銹、濾網脫落的顆粒或纖維、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反應都會使金屬腐蝕，從而使液壓系統污染。

2.液壓系統污染的危害

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

2.1加速各機構的磨損，導致功能失效

油液中的污染顆粒進入液壓元件內的相對滑動部位，對元件的表面產生切屑磨損，顆粒多次碾壓會出現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中，繼續危害其他元件，加劇系統磨損，導致系統功能失效。如污染顆粒會引起濾油器堵塞，導致液壓泵吸空，產生振動和噪聲;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，節流口堵塞，造成閥動作失靈、流量調節失效或流量不穩定，進而使整個系統功能失效;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，出現爬行現象;污染物顆粒會卡住活塞或活塞桿，導致液壓缸不動作，整個系統失去工作功能。

2.2加速油液變質

在油液中金屬微顆粒的催化作用下，與油液中的水、空氣以及設備長期作業產生的熱能等氧化必要條件下，很容易發生氧化變質。污染物繁殖的細菌，加劇油液老化變質，發黑發臭，油液變質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，氧化產生的粘稠狀物質會堵塞過濾元件，導致系統流量降低，溫度上升;若系統溫度達到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的經濟負擔

3.液壓系統污染預防和控制

液壓系統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，長期停放作業前清除干凈活塞桿伸出部分的灰塵和雜質。保持維修工具和設備的清潔，對設備應定期進行清洗;對系統定期、視情進行檢查、清洗過濾;對系統按要求定期更換液壓油;系統每次拆裝較多元件或更換元件后進行清洗過濾。

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

3.2液壓元件和系統的清洗

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節都會有殘留污染物，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;液壓元件內部殘留的污染物往往是造成元件早期失效的主要原因。

液壓元件的清洗應從生產制造的最初環節開始，每一工藝過程后都需要采取相應的清潔措施，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液壓系統的清洗

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

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

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備使用要求的現象，一般新油的污染度等級要比挖掘機液壓系統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，以保證油液的污染度。

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

液壓油變質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、殘炭增加、酸值增加;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：經驗法和檢測化驗法。經驗法根據兩項時間指標決定，液壓油的使用時間和挖掘機的作業時間，在初期沒有經驗的情況下，需要定期對油液進行化驗，發現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備作業時間，這兩項時間指標就作為經驗值，在以后設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定要求就需要及時更換液壓油。

3.3.2工作機構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的主要途徑之一。挖掘機每次作業前，應清除干凈活塞桿上的灰塵和雜質;設備長期停放時活塞桿伸出端應涂抹油封油，啟封后應清除干凈，防止油封油侵入油缸，進而污染系統。平時作業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。發現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，應及時停止作業更換防塵密封圈。

3.3.3維修中應保持油液的清潔

（1）?防止加注油液造成污染

液壓挖掘機應加注規定的液壓油，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先用新油將小車系統內殘留的油液排出，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，注油結束后及時恢復空濾;應避免在風、沙、雨雪天氣進行注油，特殊情況應采取必要措施，防止污染物通過注油口侵入系統。

（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、砂、雨雪天氣進行對液壓元件的拆裝;

②拆裝液壓元件前，應先用清潔接頭和拆裝用的工具，工具應放在清潔的工具盤和工具袋內;元件拆下后，應立即對元件及挖掘機上對應的接頭進行封堵、包扎;安裝前應對元件、管路進行清洗，連接導管應判斷螺紋對正，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液壓元件的分解應在室內進行;

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

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

4.液壓系統污染控制管理規范

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

4.1根據對系統工作可靠性和設備使用壽命的要求，確定系統油液的目標清潔度等級;

4.2為達到系統清潔度，采取有效的油液過濾和防止污染物侵入的措施;

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

5.結語

通過對挖掘機液壓系統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的危害，樹立維護重于維修的觀念，制定預防和控制措施，并將其納入到挖掘機日常管理工作當中，長期保持系統處于清潔運轉狀態，降低元件的故障率，方可保障挖掘機的液壓系統在規定的壽命內安全可靠的運行。

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