鉆井機械中液壓油的污染與控制
摘要：液壓油的質量和清潔度是保證液壓系統正常工作的首要條件,液壓系統污染是液壓故障的一個主要原因,為了保證鉆井機械液壓系統能夠安全、可靠的運行,對液壓系統中液壓油污染的危害及原因進行分析,對液壓油污染程度的檢測及液壓油污染的控制提出了方法和措施,以達到工作過程中的污染控制,主要包括：控制油溫、定期過濾等措施
關鍵詞：液壓油,污染,控制
在現代的傳動方式中，液壓傳動可以很好的實現遠距離控制和自動控制，并且以其傳動裝置的重量輕、結構緊湊、慣性小等特點得到了較為廣泛的應用。但是鉆井設備由于多處于室外，工作中受外界環境的影響很大，在實際的使用過程中，很容易出現液壓油的污染情況，嚴重影響了動力的傳遞，因此對液壓油污染的控制就顯得尤為重要。
一、液壓油概述
液壓油用于液壓傳動系統中作中間介質,起傳遞和轉換能量的作用,同時還起著液壓系統內各部間件的潤滑、防腐蝕、冷卻、沖洗等作用。其主要性能有:
1.合適的粘度，良好的粘溫特性粘度是選擇液壓油時首先考慮的因素，在相同的工作壓力下，粘度過高，液壓部件運動阻力增加，升溫加快液壓泵的自吸能力下降，管道壓力降和功率損失增大;若粘度過低，會增加液壓泵的容積損失，元件內泄漏增大，并使滑動部件油膜變薄，支承能力下降。
2.良好的潤滑性(抗磨性)液壓系統有大量的運動部件需要潤滑以防止相對運動表面的磨損，特別是壓力較高的系統，對液壓油的抗磨性要求要高得多。
3.良好的抗氧化性液壓油在使用過程中也會發生氧化，液壓油氧化后產生的酸性物質會增加對金屬的腐蝕性，產生的油泥沉淀物會堵塞過濾器和細小縫隙，使液壓系統工作不正常，因此要求具有良好的抗氧化性。
4.良好的抗剪切安定性由于液壓油經過泵、閥節流口和縫隙時，要經受劇烈的剪切作用，導致油中的一些大分子聚合物如增粘劑的分子斷裂，變成小分子，使粘度降低，當粘度降低到一定的程度油就不能用了，所以要求具有良好的抗剪切性能。
5.良好的防銹和防腐蝕性液壓油在使用過程中不可避免地要接觸水分和空氣以及氧化后產生的酸性物質都會對金屬生銹和腐蝕，影響液壓系統的正常工作。
6.良好的抗乳化性和水解安定性液壓油在工作過程中從不同途徑混入的水分和冷凝水在受到液壓泵和其他元件。
7.良好的抗泡沫性和空氣釋放性在液壓油箱里，由于混入油中的氣泡隨油循環，不僅會使系統的壓力降低，潤滑條件變壞，還會產生異常的噪音、振動，此外氣泡還增加了油與空氣接觸的面積，加速了油的氧化，因此要求液壓油具有良好的抗泡沫性和空氣釋放性。
8.對密封材料的適應性由于液壓油與密封材料的適應性不好，會使密封材料膨脹、軟化或變硬失去密封性能，所以要求液壓油與密封材料能相互適應。
二、液壓油的污染與危害
液壓油的污染，按照污染物的不同，可分為雜質(灰塵、金屬顆粒、棉紗、氧化物等)、水分、空氣、微生物及化學物污染。在鉆采機械液壓系統中，主要是雜質(大部份是金屬顆粒)、水分和空氣污染。
l、油液中混入水分
(1)油液中水分進入的途徑
1)油箱蓋因冷熱交替而使空氣中的水分凝結成水珠落人油中。
2)冷卻器或熱交換器密封損壞或冷卻管破裂使水漏人油中。
3)通過液壓缸活塞桿密封不嚴密處進入系統的潮濕空氣凝聚成水珠。
4)用油時帶人的水分以及油液暴露于潮濕環境中與水發生親合作用而吸收的水。
(2)油液中混入水分后的危害
1)油液中混入一定量的水分后，會使液壓油乳化呈白濁狀態。如果液壓油本身的抗乳化能力較差，靜止一段時間后，水分也不能與油分離，使油總處于白濁狀態。這種白濁的乳化油進入液壓系統內部，不僅使液壓元件內部生銹，同時降低其潤滑性能，使零件的磨損加劇，系統的效率降低。
2)液壓系統內的鐵系金屬生銹后，剝落的鐵銹在液壓系統管道和液壓元件內流動，蔓延擴散下去，將導致整個系統內部生銹，產生更多的剝落鐵銹和氧化物。
3)水還會與油中的某些添加劑作用產生沉淀和膠質等污染物，加速油的惡化。
4)水與油中的硫和氯作用產生硫酸和鹽酸，使元件的磨蝕磨損加劇，也加速油液的氧化變質，甚至產生很多油泥。
5)這些水污染物和氧化生成物，隨即成為進一步氧化的催化劑，最終導致液壓元件堵塞或卡死，引起液壓系統動作失靈、配油管堵塞、冷卻器效率降低以及濾油器堵塞等一系列故障。
6)另外，在低溫時，水凝結成微小冰粒，也容易堵塞控制元件的間隙和死口。
2、油中侵入空氣
油液中的空氣主要來源于松動的管接頭，不緊密的元件接合面，暴露在油面上的油管以及密封失效處，油液暴露在大氣中也會溶人空氣。此外，當油箱內的油量較少時，加速了液壓油的循環，使氣泡排除困難，同時油泵吸油管“吃油”深度不夠也使空氣容易進入。
混入液壓系統的空氣，通常以直徑為0.05～0.50mm的氣泡狀態懸浮于液壓油中，對液壓系統內液壓油的體積彈性模量和液壓油的粘度產生嚴重影響，隨著液壓系統的壓力升高，部分混入空氣溶人液壓油中，其余仍以氣相存在。當混入的空氣量增大時，液壓油的體積彈性系數急劇下降，液壓油中的壓力波傳播速度減慢，油液的動力粘度呈線性增高。懸浮在油液中的空氣與液壓油結合成混合液，這種油液的穩定性決定于氣泡的尺寸大小，對液壓系統等產生重大的影響，可能出現振動、噪聲、壓力波動、液壓元件不穩定、運動部件產生爬行、換向沖擊，定位不準或動作錯亂等故障，同時還使功耗上升，油液氧化加速以及油的潤滑性能降低。
3、油中混入各種雜質顆粒
油液中的固態污染物主要以顆粒狀存在。這些雜質有的是元件加工和裝配過程中殘留的，有的是液壓元件在工作過程中產生的，有的源于外界雜質的侵入，其危害是：
(1)油中的各種顆粒雜質會對泵和馬達造成危害。當雜質顆粒進入到齒輪泵或齒輪馬達的齒輪端面和兩端蓋側板、齒頂和殼體之間，或當雜質顆粒進入到葉片泵或葉片馬達的葉片與葉片槽，轉子端面和配油盤、定子與轉子(葉片頂部)之間，或當雜質顆粒進入到柱塞泵或柱塞馬達的柱塞與柱塞缸體孔，轉子與配油盤、滑靴與傾斜盤、變量機構的滑動副之間時，均有可能造成卡死故障。即使不造成卡死故障，也會使磨損加劇。雜質顆粒還有可能堵塞泵前的進油濾油器，使泵產生氣蝕或造成多種并發故障。
(2)油中各種顆粒雜質會對液壓缸造成危害。顆粒雜質會使活塞與缸體、活塞桿與缸蓋孔及密封元件產生拉傷和磨損，使泄油量增大，容積效率和有效推力(拉力)降低，如果顆粒雜質卡住活塞或活塞桿，將導致油缸不動作。
(3)油中的污染顆粒會對各種閥類元件造成危害。污染顆粒可能引起滑閥卡死或節流堵塞，造成閥動作失靈，即使不產生卡死或堵塞故障，污染顆粒也將使閥類元件運動副過早磨損，配合間隙加大，性能惡化。
(4)污染物繁殖細菌，加劇油液老化，使油液發黑發臭，更進一步產生污染。如此惡性循環，有可能產生以下后果：
1)污染物堵塞濾油器，導致油泵吸空，產生振動和噪聲。
2)污染物使油缸或馬達的摩擦力增大，產生爬行。
3)污物會完全使伺服閥等抗污染能力差的元件根本失效，至少是工作不穩定和滯后量增加，污物阻塞壓力表前同定小孔，壓力得不到正確傳遞和反映。
4)污染物堵塞壓力表通道，使壓力得不到正確傳遞和反應。
三、控制液壓油污染的主要措施
為確保液壓系統工作正常、可靠、減少故障和延長壽命，必須采取有效措施控制液壓油的污染。
1、控制油溫
油溫過高往往會給液壓系統帶來以下不利影響：
(1)油液黏度下降，使活動部位的油膜破壞、磨擦阻力增大，引起系統發熱、執行元件(例如液壓缸)爬行。油液黏度下降可導致泄漏增加，系統工作效率顯著降低。
(2)油液黏度下降后，經過節流器時其特性會發生變化，使活塞運動速度不穩定。
(3)油溫過高引起機件熱膨脹，使運動副之間的間隙發生變化，造成動作不靈或卡死，使其工作性能和精度下降。
(4)當油溫超過55攝氏度時，油液氧化加劇，使用壽命縮短，據資料介紹，當油溫超過55攝氏度后溫度每升高9攝氏度，油的使用壽命縮短一半，因此，對不同用途和不同工作條件的機器。應有不同的允許工作油溫。工程機械液壓系統允許的正常工作油溫為35-55攝氏度，最高為70攝氏度。
2、控制過濾精度
為了控制油液的污染度，要根據系統和元件的不同要求，分別在吸油口、壓力管路、伺服調速閥的進油口等處，按照要求的過濾精度設置濾油器，以控制油液中的顆粒污染物，使液壓系統性能可靠、工作穩定。濾油器過濾精度一般按系統中對過濾精度敏感性最大的元件來選擇。
3、強化現場維護管理
強化現場維護管理是防止外界污染物侵入系統和濾除系統中污染物的有效措施。
(1)檢查油液的清潔度
設備管理部門在檢查設備的清潔度時，應同時檢查系統油液、油箱和濾油器的清潔度，并建立液壓設備清潔度上、中、下三級評分制度。對關鍵設備的液壓系統都要抽查。
(2)建立液壓系統一級保養制度
設備管理部門在制定設備一級保養內容時，要增加對液壓裝置方面的具體保養內容。
(3)定期對油液取樣化驗
應定期、定量提取油樣，檢查單位體積油樣中雜質顆粒的大小和數量或稱重量，并作定性定量分析，以便確定油液是否需要更換。
A、取油樣時間：對已規定了換油周期的液壓設備，可在換油前一周對正在使用的油液進行取樣化驗;對新換的油液，經過1000h連續工作后，應對其取樣化驗;企業中的大型精密液壓設備使用的油液，在使用600h后，應取樣化驗。
B、取油樣時，首先要把裝油容器清洗干凈，不許使用臟的容器，以確保數據準確，具體取油樣的方法如下：
當液壓系統不工作時(即在靜止狀態下)，可分別在油箱的上部、中部和下部各取相同數量的油樣，攪拌后進行化驗;液壓系統正在工作時，可在系統的總回油管口取油樣;化驗所需要的油樣數量，一般為300-500mL/次;按油料化驗規程進行化驗，將化驗結果填入油料化驗單，并存入設備檔案。
4、定期清洗
控制油液污染的另一個有效方法是，定期清除濾網、濾芯、油箱、油管及元件內部的污垢。在拆裝元件、油管時也要注意清潔，對所有油口都要加堵頭或塑料布密封，防止臟物侵入系統。
5、定期過濾油液、控制其使用期限
油液的使用壽命或更換周期取決于很多因素，其中包括設備的環境條件與維修保養、液壓系統油液的過濾精度和允許污染等級等因素。由于油液使用時間過長，油、水、灰塵、金屬磨損物等會使油液變成含有多種污染物的混合液，若不及時更換，將會影響系統正常工作，并導致事故。
過濾是控制油液污染的重要手段，是一種強迫濾去油中雜質顆粒的方法。油液經過多次強迫過濾，能使雜質顆粒控制在要求的等級范圍內，所以對各類液壓設備需制定出強迫過濾油液的精度，以確保油液的清潔度。
是否換油取決于油液被污染的程度，目前有3種確定換油期的方法：
(1)目測換油法。它是憑維修人員的經驗，根據目測到的一些油液常規狀態變化(如油液變黑、發臭、變成乳白色等)，決定是否換油。
(2)定期換油法。根據設備所在場地的環境條件、工作條件和所用油品的換油周期，到期就進行更換。這種方法對液壓設備較多的企業很適用。
(3)取樣化驗法。定期對油液進行取樣化驗，測定必要的項目(如黏度、酸值、水分、顆粒大小和含量以及腐蝕等)和指標，按油質的實際測量值與規定的油液劣化標準進行對比，確定油液該不該換。取樣時間：對一般工程機械的液壓系統應在換油周期前一周進行，關鍵設備的液壓系統應每隔500小時進行一次取樣化驗，化驗結果應填入設備技術檔案。取樣化驗法適用于關鍵設備和大型液壓設備。
換油時，要注意清潔，防止贓物侵入液壓系統，不可混用和換錯，主要有下列要求：
(1)更換的新油或補加的新油必須是本系統所規定使用的油，經過化驗確認其油質已達到規定的性能指標，才能加入。
(2)為保持新油的清潔，換油時要將油箱內部及主要管道內舊油放盡，并把油箱、過濾網、軟管清洗干凈。加油時油液必須經過過濾，對已疲勞損壞的濾網應更換。
(3)加入的油量要達到油箱的油標位置，加油方法是：先加油至油箱最高油標線，開動油泵電動機，把油供至系統各管道，再加油至油箱油標線，再開動電動機，這樣多次進行，直至油液保持在油標線內為止。
所以在日常的使用和設備保養過程中，要十分注意觀察油的質量，避免油污染對設備造成的損害。
參考文獻
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