液壓系統顆粒雜質污染的形成及原因
1、顆粒雜質的形態
顆粒雜質的尺寸一般為0.5 ~ 200μm。最關鍵的顆粒雜質尺寸為5 ~ 15μm。肉眼無法看到的這些微粒對液壓系統的性能影響極大。人體視力可觀察到40μm的顆粒。
顆粒雜質可分為軟質顆粒和硬質顆粒。
軟質顆粒-凝聚物、聚合物、棉絨纖維等。
硬質顆粒-切屑、外界侵入的微粒、系統內部的磨損產物及氧化物等。 硬質顆粒危害最大。
2、顆粒雜質引起的失效模式
? 突發失效-尺寸較大的顆粒進入了運動間隙或流道,妨礙了元件表面間的相對運動,造成卡死。
? 漸發失效-小尺寸的顆粒進入運動副間隙或流道,充當磨料,產生鏈式反應,引起材料表面的磨損,使運動間隙增大或密封面破壞,造成元件的內部泄漏。
磨損是機械設備運行中一個普遍存在的嚴重問題,漸發失效是液壓元件失效的主要模式。
3、顆粒雜質污染的磨損機理
顆粒污染物參與元件表面磨損過程的主要方式是磨粒磨損和沖蝕磨損。
? 磨粒磨損-進入元件運動副間隙內的堅硬顆粒物嵌入其中較軟的材料表面,在相對運動中對另一表面產生切削作用。
磨粒磨損是顆粒污染磨損最主要的磨損機理, 尺寸等于或略大于運動間隙的顆粒危害最大。
? 沖蝕磨損-高速液流所夾帶的顆粒污染物對元件表面或邊緣的沖擊造成的磨損。
顆粒雜質污染的危害
1、顆粒雜質的尺寸與元件間隙之間的關系
大尺寸顆粒物不能進入元件間隙。尺寸與間隙相當的顆粒污染物進入元件間隙,并淤積于間隙中卡死、阻塞間隙,損壞工作表面。小尺寸顆粒物自由通過元件間隙,但對元件表面產生沖蝕磨損。
液壓元件內部表面很多部位的間隙在0.5 ~ 40μm之間,所以小于40μm(特別是小于5μm)的顆粒雜質對元件的危害最大。
液壓元件的典型間隙
齒輪泵 | 間隙/μm | 葉片泵 | 間隙/μm | 柱塞泵 | 間隙/μm | 液壓控制閥 | 間隙/μm |
齒輪與側板 | 0.5 ~ 5 | 葉片側面 | 5 ~ 10 | 柱塞與缸孔 | 5 ~ 40 | 電液伺服閥 | 1 ~ 4 |
齒頂與泵體 | 0.5 ~ 5 | 葉片頂端 | 0.5 ~1 | 配流盤缸體 | 0.5 ~ 5 | 電液比例閥 | 1 ~ 6 |
普通液壓閥 | 2 ~ 23 | ||||||
液壓缸 | 50~ 250 |
2、磨損的鏈式反應
未能除去的小顆粒在液壓元件間隙中循環時就可能切削或磨損金屬表面而增加新的污染顆粒。如第一次通過間隙的顆粒是一個,它與金屬表面相互作用可能切下數個顆粒,這就是磨損的鏈式反應。
3、顆粒雜質對液壓元件的危害
不同的液壓元件,其受顆粒污染導致失效的方式和部位是不同的。元件間隙表面受污染顆粒磨損的過程,亦可能是不同磨損機理同時作用的結果。
泵類元件:污染顆粒使液壓泵的相對運動部件產生磨損或卡死,造成泵的性能降低或失效。如柱塞泵中的柱塞和缸孔、滑靴和斜盤、滑靴和柱塞頭部、缸體和配流盤;葉片泵中的葉片和葉片槽、轉子端面和配流盤;齒輪泵中的齒輪端面和浮動側板、輪齒和泵體等零部件。
閥類元件:污染顆粒會加速相對滑動表面和閥口的磨損,堵塞節流孔或阻尼孔。使閥的性能變差或動作失靈。
對于液壓缸:污染顆粒會加速密封件的磨損使泄漏量增大。
三、液壓油污染的綜合控制
1、系統應有的清潔度
液壓系統應有適當的清潔度,清潔度太低元件會過早失效,追求過高的清潔度將導致運行成本增加。
系統應有清潔度的參考值
電液伺服閥 | A | B | C | D | E | ||||
電液比例閥 | A | B | C | D | E | ||||
變量柱塞泵 | A | B | C | D | E | ||||
定量柱塞泵 | A | B | C | D | E | ||||
葉片泵 | A | B | C | D | E | ||||
齒輪泵 | A | B | C | D | E | ||||
插裝閥 | A | B | C | D | E | ||||
普通液壓控制閥 | A | B | C | D | E | ||||
清潔度等級ISO 4406 | 12/10/7 | 13/11/9 | 14/12/10 | 15/13/11 | 16/14/12 | 17/15/12 | 17/16/13 | 18/16/13 | 19/17/14 |
2、主動維護
由于液壓系統 70% ~ 85% 的故障是因油液污染引起的,那么對油液的清潔度進行主動的控制將會大大減少液壓系統的故障。因而對油液清潔度進行主動控制也就是對液壓系統進行主動維護。
主動維護就是在設備正常運行時采取一些必要的維護活動,通過檢測可能導致失效的系統根源性參數,及時糾正根源性異常工況,以保持設備正常工作狀態。
主動維護的重點:檢測可能導致材料損壞的系統根源性參數,如油液清潔度、材料理化性能及溫度等,通過維護措施保持基本參數在允許范圍內。
主動維護的目的:防止故障發生和延長設備運行壽命,把液壓設備的發生故障或失效可能性減至最小。
經驗和研究表明:液壓系統中油液的污染是最主要的失效根源,而且它與其他失效根源有直接的關系,因此油液污染監控是液壓系統主動維護的關鍵措施。
油液污染監控的主要內容:
(1)確定達到預期的設備壽命所需的油液清潔度等級(目標清潔度值)。
(2)為達到上述系統油液清潔度目標值選擇或改善過濾裝置。
(3)定期檢測系統的油液清潔度,如超出允許范圍,應及時采取措施。
通過控制故障或失效的誘發因素——油液污染度來根除故障或失效的發生。