德威迩详解液压元件的清洁度控制和系统冲洗
时间:2014-03-31 18:39   来源:德威迩机械   作者:deweier   点击:
1、 液压系统清洗的意义
       从使用的角度看,液压系统正常工作的首要条件是系统内部必须清洁。在新的设备运行之前,或一台设备经过大修之后,液压系统遭到污染是不可避免的,尽管液压元件的制造厂家很注意元件本身的内部清洁,但新元件中仍可能含有毛刺、切屑、飞边、灰尘、焊渣和油漆等污染物。元件也可能由于不良的储存、搬运而造成污染。在油箱的制作过程中,可能积聚锈、漆片和灰尘等,虽然油箱在使用前经过清理,但许多污染物肉眼难以看到。在软管、管道和管接头的安装过程中都有可能将污染物带入系统。即使新的油液也会含有一些令人意想不到的污染物。必须采取措施尽快将污染物滤出,否则在设备投入运行后不久就有可能发生故障,而且早期发生的故障往往都很严重,有些元件例如泵、马达有可能会遭到致命性的损坏。
元件清洗和系统冲洗的目的就是消除或最大限度地减少设备的早期故障。冲洗的目标是提高油液的清洁度,使系统油液的清洁度保持在系统内关键液压元件的污染耐受度内,以保证液压系统的工作可靠性和元件的使用寿命。
 
2、 元件的清洁度及其评定
  元件清洁度是反映元件内部残留污染物含量的一项指标,可以用以下几种表示方法:
(1) 元件单位湿面积(与油液接触的内壁面积)的污染物含量,mg/m2;
(2) 元件单位湿容积(与油液接触的内腔容积)的污染物含量,mg/L;
(3) 元件单位湿容积中大于5μm和15μm的颗粒数,以ISO4406固体颗粒污染度等级表示。
  由于目前油液污染度评定普遍采用颗粒计数法,因而元件清洁度也普遍采用单位湿容积颗粒数的表示方法。
评定液压元件的清洁度可以采用以下方法:
(1)晃动涮洗法 向元件内注入一定量的清洁试验液并将元件密封,用机械方法强烈晃动元件,使元件内部的污染物全部冲刷到试验液中,然后对试验液进行污染度测定
(2)试验台冲洗法 将元件接入预先净化的试验台系统中,使试验液循环通过元件,,将元件内部的污染物全部冲刷到试验液中,然后从系统中采集样液进行污染度测定。
(3)拆卸冲洗法 将元件外部彻底清洗后,把元件全部拆卸,用清洁剂仔细冲洗零件湿面积,然后收集全部溶剂并测定其污染度。
  晃动涮洗法是一种简便易行的元件清洁度检测方法,主要适用于静态元件,如导管、管接头、软管、过滤器壳体及油箱等;试验台冲洗法主要用于检测动态元件的清洁度,如液压泵、液压马达、液压缸以及各种液压阀等。
  此外,如果将元件装配后的清洗工序与元件清洁度测试结合起来,可以有效的控制元件的清洁度,并简化测试过程。当元件经过清洗并达到规定的清洁度要求时,可以认为元件和系统为一个整体并具有同等的污染度水平。这样,测得的系统油液污染度也就是元件的清洁度,而不需要进行容积换算。
     典型液压元件的清洁度等级见表1(原机械工业部“液压元件及系统清洁度管理规范”制定组拟订,1985年)。
表1典型液压原件清洁度等级
液压元件类型 优等品 一等品 合格品
各种类型液压泵 16/13 18/15 19/16
一般液压阀 16/13 18/15 19/16
伺服阀 13/10 14/11 15/12
比例控制阀 14/11 15/12 16/13
液压马达 16/13 18/15 19/16
液压缸 16/13 18/15 19/16
摆动液压缸 17/14 19/16 20/17
蓄能器 16/13 18/15 19/16
滤油器(壳体) 15/12 16/13 17/14
 
3、 在装配前对液压系统各个元件的清洗
   液压元件在加工、装配和维修等过程的每一个工艺环节后不可避免地残留留有污染物。清洁度不符合要求地元件装入系统后,在系统油液冲刷和机械振动等的作用下,元件内部固有的污染物会从粘附的表面脱落而进入油液中,使系统受到附加污染。因而在元件装配入系统前必须采取清洗措施,使元件达到要求的清洁度。
  常用的清洗方法有浸渍清洗,机动擦洗,超声波清洗,加热挥发物和酸处理法等。使用时还可以把这些方法加以组合或进行多步清洗,依次在相邻的两个或三个清洗槽(机)中清洗,由于各清洗槽(机)清洗污染度不同,所以清洗液的配方及加热温度是各不相同的。
   溶剂浸渍清洗是将被清洗的零件浸入带有加热设备的清洗槽中(加热温度一般为35~85度),并在清洗液中通人压缩空气或蒸气,使清洗液处于动态之中,浸渍时间4~8小时。对于油污严重的零件,清洗时还需要手工擦抹。
     机动擦洗可采用软毛刷子刷去污物,以保持元件的精度和低的粗糙度。如网式滤油器,老是用硬的钢丝刷,有时会损坏过滤芯或改变过滤精度。高精度,低粗糙度的液压阀体,使用带磨料球的尼龙去刺刷洗刷阀孔端部、孔道交接处及沉割槽等。该尼龙去刺刷的刷头是由直径为0.3~0.6mm的黑色尼龙丝及规格为M20的绿色碳化硅磨料粘接而成。
    超声波清洗利用适当功率的超声波射入清洗液中,形成点状微小空腔,当空腔扩大到一定程度时,突然破灭,形成局部真空,周围的流体以很高的速度来填补这个真空,产生具有几千个大气压的的强大声压和机械冲击力(即空化作用),使置于清洗液中的零件表面上的污染物剥落。此种方法清洗时间短,清洗质量好,还能清洗形状复杂而人工又无法清洗的零件。与手工相比,工效提高10倍以上,成本降低,但对过滤器这种多孔形物质,有吸收声波的作用,可能会影响清洗的效果。
    加热挥发法适用于一些特殊的污染物的处理,即加热后可以挥发掉的,但是这种方法不能将液压元件内部残留的炭、灰及固体附着物去除。
    酸处理法是在将零件表面污染物去除以后,放入有CrO3、H2SO4和H2O配合的溶液中浸渍,使表面产生耐腐蚀膜。对不同的金属材料采用不同的酸洗液。
    根据系统受湿表明面积来决定系统元件的清洁度的规则,清洗的重点是占系统总受湿表明面积高的元件。因此,清洗的主要对象是软管,油管,液压缸,滤油器和油箱等元件,泵和阀在出厂前已经充分清洗,对系统产生的污染影响不大。
   多数工厂的做法是:在装配前硬管进行酸洗-中和-水洗-干燥-除油;软管和接头以及外购元件用煤油或汽油清洗-吹干。
  软管必须在管道酸洗,冲洗后方可接到执行器上,安装前要用洁净的压缩空气吹干净。中途若拆卸软管,要及时包扎好软管接头。
    接头体安装前用煤油清洗干净,并用洁净压缩空气吹干。还需要生料带密封的接头体,缠生料带时要注意两点:a、顺螺纹方向缠绕;b、缠后的生料带应距螺纹端部留出2~3扣的螺纹长度,否则,超出的部分在拧紧过程中回被切断进入系统。
   管道安装前要清理出内部大的颗粒杂质,绝对禁止管内留有石块、破布等杂物。管道安装中若有较长时间的中断,要及时封闭好管口防止杂物进入系统。为防止焊渣、氧化铁皮侵入,建议管道焊接采用气体保护焊如氩弧焊。
   液压缸是安装在一个单独的预清洗油箱系统中,用预清洗油液进行循环冲击清洗。所需油量至少是液压缸容量的5倍以上,通常经过5次反复冲洗后,才可以冲洗干净。
   所有零件清洗干净后,放入具有封闭性并便于清扫和保持清洁的干净地,场地的空气应该过滤,且场地内地气压要高于外部气压,以防止外部尘埃侵入。
   液压元件、组件运输时,应该注意防尘土、防雨,对长途运输特别是海上运输的液压件一定要用防雨纸或塑料包装,放入适量的干燥剂。
 
4、 对液压系统在总装后进行的冲洗。
  由于液压系统在装配过程中必然会形成污染物,例如:在装配管路,接头和螺塞等带螺纹的零件上的镀层,毛刺和附着物由于相互摩擦而脱落,被挤入系统里形成污染等,所以对液压系统在总装后进行清洗是非常必要的。这里一般是通过紊流冲洗来使污染减小到最小。
       液体从一个表面冲走颗粒并携带至下游的能力正比于液体在元件表面的能量的大小。在层流流动中,元件的表面有一个液体的稳态层,作用于元件表面的作用力很小,从液流研究中得到的实验数据表明,液体中流速各不相同,液体中心的速度最高,管壁出液体流速为零。如果一个颗粒太小而潜入层流边层(速度为零、靠近液体表面的静止层),则通过冲洗就不能将其除去。要除去一个颗粒,该颗粒直径就应该是层流边层厚度的两倍。
   因此要提高冲洗效率,采用紊流冲洗是最有效的,剧烈的紊流能够减小层流层的厚度并冲刷管壁,将颗粒卷走。
       紊流程度的大小由雷偌数决定:
           
   式中  υ――液流的平均流速(m/s);
         d――液流的水力直径(m);
         ν――液体的运动粘度(m2/s);
  为了确保紊流,Re应大于13800。在2320<Re<13800时,层流,紊流的可能性都存在,但紊流的情况居多。雷偌数和冲洗效率之间的关系表明,普通采用小流量的冲洗效果是不佳的,如果流量增大但是仍然在室温下冲洗效果也不好,除非采用低粘度的油液。为了确保较高的雷偌数和紊流,可以采用以下方法。
(1)提高流速,冲洗流速应为实际工作的流速的2~2.5倍;
(2)如果条件允许,可使用热冲洗液(85度);
(3)使用的粘度的液体,适用于单个的液压元件或简单回路,是十分有效的;
(4)使液体产生振动,冲洗时借助外力振动系统,如木棒敲击管道。
   对液压系统的冲洗的关键工作是对不同清洁度要求的系统选配不同的过滤装置。另外,根据冲洗的不同阶段应该采取不同的过滤精度的滤芯及滤材。为了有效提高过滤效率和减少过滤时间,一般不选择精度高于20μm的滤芯。
对要求达到NAS10级的液压系统,可以选用精度20μm的滤芯。
对要求达到NAS8级的液压系统,可以选用精度10μm的滤芯。
对要求达到NAS7级的液压系统,可以选用精度3~5μm的滤芯。
对要求达到NAS6级的液压系统,可以选用精度1~3μm的滤芯。
    刚开始冲洗时,应首先除去大颗粒物质。冲洗一段时间,由于滤网前面污染物不断增多,泵出口压力将渐渐增加,当泵的出口压力增加到一定值后,更换滤网,继续冲洗,直到泵的出口压力升高到一定值所需时间足够长为止。
    冲洗设备的配置方式主要有两种,一种是在线的,主要使用系统的油箱和过滤器;另一种为离线过滤,也称为肾循环式。冲洗通常采用离线方式,如图1所示,并采用回油过滤,原因是回油压力较低而且脉动不大。离线方式冲洗的优点是可以在冲洗设备上添加加热器以提高冲洗效果,也可以使用容量大耐污染程度高的离心泵代替系统泵,以提高冲洗流速,同时可避免系统泵被损坏。一般不允许用系统泵进行冲洗。
 
图1
  对于在线式回路,用冲洗板将各种控制阀短接,将执行元件用胶管接成短路,用冲洗介质冲洗。当达到规定的清洁度后,再换成工作液重新冲洗。达到清洁度后,将冲洗板去掉,换上各控制阀,使其动作,继续冲洗,直到达到要求。然后再接好执行元件,用正式动力源低压循环冲洗,各种控制元件按设计规定顺序动作,工作液达到规定清洁度后合格。在线式回路适用于系统清洁度要求较高或在循环酸洗时酸洗介质已达到一定清洁度的场合。
    液压系统的安装和冲洗,可以按如下步骤进行:
   在未安装敏感元件(如伺服阀等)之前,将管道及对污染物不敏感元件先装配起来,并将管子端部密封严实。
   用跨接线代替敏感元件,将液压回路连接起来,并充液加压,进行冲洗,达到规定的清洁度为止。
   完成上述工作后,清理现场并安装敏感元件。
  系统的冲洗安排在安装敏感元件之前,是为了避免污染物损伤这些元件的光洁的表面,同时也避免了冲洗时的压力损失。选择的冲洗回路应跳过敏感元件,并尽可能减少流动阻力。冲洗时应避免脏油通过已经冲洗干净的管道,对于较复杂的系统,可选择回路先从支路冲洗到主管道,然后将支路与主管道隔开,再冲洗主管道,在冲洗回路的回油路上,装设滤油器或滤网,冲洗初期由于杂质较多,一般采用80目滤网,冲洗后期改用150目以上的滤网。
   为了提高冲洗效果,在冲洗过程中的液压泵以间歇运动为佳,其间歇时间一般为10~30分钟,可在这一间歇时间内检测冲洗效果。在冲洗过程中,为了有利于管内壁上的附着物脱落,可以用木棒或橡皮锤等非金属锤轻轻敲击管道,可连续或间歇地敲击。
  冲洗介质通常是实际使用的液压油或试车油。避免使用酒精、蒸气等,以防腐蚀液压元件、管道、油箱及密封件等。
  冲洗液的用量一般以油箱工作容量地60%~70%为宜,冲洗时间不要太长,一般为2~4小时,在特殊情况下不超过10小时。冲洗效果以回路过滤网上无污染杂质为标准。冲洗后的液压油需要经过质量检测才能确定能否继续使用。
  为了防止外界湿润的空气引起锈蚀,液压泵应继续运转,直至油温恢复正常为止,再将冲洗油排除干净。
    冲洗过程中还应该注意:
(1) 油箱要封闭,减少现场空气中颗粒进入油箱的机会;
(2) 相油箱中加入冲洗油时应使用带过滤器的加油小车,以滤除桶装油中的污染物;
(3) 更换滤芯时暂停冲洗泵,注意不要带入杂质;
(4) 对排空和排污要定期进行,以确保系统充满,并及时排出气体和污染物。
(5) 在冲洗的前期,油中水分蒸发很重要,在冲洗油箱上应有蒸汽逸出的窗口。
(6) 冲洗合格后在抽出冲洗油、管线使用前要注意保护,以免污染物进入系统。
  5、小结
  装配前的元件清洗和装配后的系统冲洗对新投入使用的液压系统是绝对必要的,任何抱有侥幸心理而放弃清洗都会对设备带来致命的损害。经过严格的冲洗后,可以减少和避免系统调试和早期运行中的故障,缩短系统的调试周期,减少不必要的损失。但是,系统的污染控制是一个不断进行的过程,不可能一劳永逸,在系统的运行期间还要定期检测油液状态,并控制污染物使其保证在系统允许的清洁度范围内。

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