工程機械液壓油相關系列知識—液壓系統中油液的汙染物分析
發布日期:2025.06.05 分享

油液汙染直接影響系統的工作可靠性和元件的使用壽命。

国内外资料表明,系统的故障有以下三点:15%的失效是由于系统陈旧引起的,15%是由于事故造成的,70%是由于油液污染引起的。进一步分析这个因素,发现20%是腐蚀造成的,50%是機械磨損造成的。 究其原因,功能失效主要由于油液中存在的各种固体颗粒、水份和空气造成的。




1、液壓系統油液汙染物的分類

系統中的汙染物根據其存在的形式可分爲:

固態汙染物如:銅屑、鐵末、礦粉、塵埃

液態汙染物如:水分

氣態汙染物如:空氣、氯氣、一氧化碳

汙染物的上述三種狀態在環境改變時可能相互轉化,這些汙染物産生機械力作用時也産生化學反應。


1)固體顆粒

固體顆粒是引起機械磨損的第一因素,也是汙染控制研究的主要對象。

固體顆粒是以微米爲計量單位的物質,肉眼可見的最小顆粒尺寸爲40μm,一些不同類型的微小固體顆粒尺寸範圍下表:



從上面的例子可以發現,油液中肉眼看不見的固體顆粒汙染是大量存在的。對于這些固體顆粒汙染物的檢測,國際上通用NASA1638標准。

NAS 1638是美国航空航天局于1964年提出的一种清洁度规范,它现在仍在使用,并在世界范围内各行业间得到广泛认可。

2)油液的氧化

油液的氧化是潤滑油報廢的主要原因,廢潤滑油中被氧化的部分占油液總量的4%——5%,氧化生成的成分在真空離心機的淨化作用下可以被分離出來。但是在油液發生氧化的時候再進行淨化就已經有油品的損失了。通過在線實時淨化的方式隨時將氧化油液的汙染物清除,最大限度的保證油品的正常使用。

油液中的水和空氣,以及熱能是油液氧化的必要條件,而油液中的金屬微粒對油液氧化起著重要的催化作用。試驗研究表明,當油液中同時存在金屬顆粒和水時,油液的氧化速度急劇增快,鐵和銅的催化作用使油液氧化速度分別增加10倍和30倍以上。

世界各研究機構在進行研究汙染度對壽命的影響時,所給出的研究結果差異很大,這主要是因爲工作環境、汙染物成分及顆粒硬度等因素不同的結果。一般來說(以NAS1638標准),汙染度降低一級,壽命延長一倍,反之亦然。假定使用汙染度爲7級(NAS1638)的油液,機器的壽命爲10年,同樣是這樣一台機器將油液的汙染度降低幾級,壽命就有驚人的變化。




3)空氣

空氣可以有兩種形式存在于油液中:溶解或遊離狀態。溶解于液體的空氣對系統的影響較小,但是一旦從液體中分離出來而成爲氣泡,使系統性能下降,可靠性降低及元件使用壽命縮短。遊離于液體中的空氣對系統的具體危害有以下幾方面:

※空氣能産生氣蝕,加劇元件材料表面的剝蝕與損壞;

※使設備操作響應變得遲鈍和不穩定,增加功率消耗;

※加速油液氧化,降低潤滑性能,增加油品酸值;

※降低油液的容積彈性模量和剛度;

※增加設備運轉的噪音;

※升高溫度,增加泄漏

4)水分  

水也可有兩種形式存在于油液中:溶解或遊離狀態。水在系統中是一種嚴重的汙染物,人們對此常不夠重視。水對系統的最大危害是腐蝕,其他方面有産生氧化物、汙垢及膠狀物。

水的腐蝕會降低元件表面性能,並使鏽蝕顆粒進入系統;水與添加劑作用會産生有害物質,加速油液變質;

水與氧化物合成酸性生成物,導致流體性質改變;水混入油中能使油液乳化,降低其潤滑性能;在低溫條件下,水結成冰也可引起系統故障,其影響就象小砂粒或小金屬粒一樣,使流道及小孔堵塞,表面損壞,元件動作失靈。 

水能促進微生物的生長;水與金屬顆粒共存會顯著縮短油品的氧化時間,增加在用油的酸值。

2、污染物的来源    

上述各種汙染物如何侵入到系統中,主要有三個方面:

一個是新系統的殘留汙染物,就是由元件、管路組裝時殘留在系統中的

二是工作中機械磨損、油液氧化等過程中生成的;

三是在設備的使用維護中進入到系統中的。

3、汙染物的産生機理

從汙染物的來源看,排除維護和操作中不可避免的因素,最主要的汙染物是在設備運行中由于機械磨損和化學磨蝕産生的。

機械磨損可分爲:磨蝕磨損、粘著磨損、疲勞損壞。

化學磨蝕可分爲:化學腐蝕和流體變質。

顆粒物産生:

機械磨損

磨蝕磨損之一:摩擦磨損

在機件摩擦過程中,與動力間隙尺寸相仿或略大的顆粒是最危險的,它們切削表面材料;使間隙尺寸發生變化,並産生更多的顆粒。如下圖


磨蝕磨損之二:沖蝕磨損

在介質流動時,尤其是在高速流動的條件下,顆粒高速沖擊零件邊緣和表面,因動量效應造成表面材料剝落,使零件形狀及零件間隙發生變化,同時産生更多的顆粒。如下圖




粘著磨損

大負荷、低速運轉或油液粘度低會減小油膜厚度,導致金屬間直接接觸,某些凸起表面會粘接在一起。當相鄰面移動時,這些粘接點會被剪切而産生金屬顆粒。如下圖




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