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液壓元件的清潔度控制和系統(tǒng)沖洗
原作者:王爐平等 【論文摘要】液壓元件清潔度的控制和液壓系統(tǒng)的沖洗，使雜質(zhì)減少到最低標(biāo)準(zhǔn)，是確保液壓系統(tǒng)正常工作的重要措施，本文綜述了液壓系統(tǒng)的各個(gè)時(shí)期的清洗特點(diǎn)和注意事項(xiàng)。
The flush of Hydraulic System
Abstract: Flushing the hydraulic system to minimize the impurity is an important measure to protect the hydraulic system .The thesis describe the character of flushing the hydraulic system in different stage.
Descriptors: dydraulic system , component , flush
1、 液壓系統(tǒng)清洗的意義
從使用的角度看，液壓系統(tǒng)正常工作的首要條件是系統(tǒng)內(nèi)部必須清潔。在新的設(shè)備運(yùn)行之前,或一臺(tái)設(shè)備經(jīng)過大修之后,液壓系統(tǒng)遭到污染是不可避免的,盡管液壓元件的制造廠家很注意元件本身的內(nèi)部清潔,但新元件中仍可能含有毛刺、切屑、飛邊、灰塵、焊渣和油漆等污染物。元件也可能由于不良的儲(chǔ)存、搬運(yùn)而造成污染。在油箱的制作過程中,可能積聚銹、漆片和灰塵等,雖然油箱在使用前經(jīng)過清理,但許多污染物肉眼難以看到。在軟管、管道和管接頭的安裝過程中都有可能將污染物帶入系統(tǒng)。即使新的油液也會(huì)含有一些令人意想不到的污染物。必須采取措施盡快將污染物濾出,否則在設(shè)備投入運(yùn)行后不久就有可能發(fā)生故障,而且早期發(fā)生的故障往往都很嚴(yán)重,有些元件例如泵、馬達(dá)有可能會(huì)遭到致命性的損壞。
元件清洗和系統(tǒng)沖洗的目的就是消除或最大限度地減少設(shè)備的早期故障。沖洗的目標(biāo)是提高油液的清潔度,使系統(tǒng)油液的清潔度保持在系統(tǒng)內(nèi)關(guān)鍵液壓元件的污染耐受度內(nèi)，以保證液壓系統(tǒng)的工作可靠性和元件的使用壽命。
2、 元件的清潔度及其評(píng)定
元件清潔度是反映元件內(nèi)部殘留污染物含量的一項(xiàng)指標(biāo)，可以用以下幾種表示方法：
（1） 元件單位濕面積（與油液接觸的內(nèi)壁面積）的污染物含量，mg/m2；
（2） 元件單位濕容積（與油液接觸的內(nèi)腔容積）的污染物含量，mg/L；
（3） 元件單位濕容積中大于5μm和15μm的顆粒數(shù)，以ISO4406固體顆粒污染度等級(jí)表示。
由于目前油液污染度評(píng)定普遍采用顆粒計(jì)數(shù)法，因而元件清潔度也普遍采用單位濕容積顆粒數(shù)的表示方法。
評(píng)定液壓元件的清潔度可以采用以下方法：
（1）晃動(dòng)涮洗法 向元件內(nèi)注入一定量的清潔試驗(yàn)液并將元件密封，用機(jī)械方法強(qiáng)烈晃動(dòng)元件，使元件內(nèi)部的污染物全部沖刷到試驗(yàn)液中，然后對(duì)試驗(yàn)液進(jìn)行污染度測(cè)定
（2）試驗(yàn)臺(tái)沖洗法 將元件接入預(yù)先凈化的試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)中，使試驗(yàn)液循環(huán)通過元件，，將元件內(nèi)部的污染物全部沖刷到試驗(yàn)液中，然后從系統(tǒng)中采集樣液進(jìn)行污染度測(cè)定。
（3）拆卸沖洗法 將元件外部徹底清洗后，把元件全部拆卸，用清潔劑仔細(xì)沖洗零件濕面積，然后收集全部溶劑并測(cè)定其污染度。
晃動(dòng)涮洗法是一種簡便易行的元件清潔度檢測(cè)方法，主要適用于靜態(tài)元件，如導(dǎo)管、管接頭、軟管、過濾器殼體及油箱等；試驗(yàn)臺(tái)沖洗法主要用于檢測(cè)動(dòng)態(tài)元件的清潔度，如液壓泵、液壓馬達(dá)、液壓缸以及各種液壓閥等。
此外，如果將元件裝配后的清洗工序與元件清潔度測(cè)試結(jié)合起來，可以有效的控制元件的清潔度，并簡化測(cè)試過程。當(dāng)元件經(jīng)過清洗并達(dá)到規(guī)定的清潔度要求時(shí)，可以認(rèn)為元件和系統(tǒng)為一個(gè)整體并具有同等的污染度水平。這樣，測(cè)得的系統(tǒng)油液污染度也就是元件的清潔度，而不需要進(jìn)行容積換算。
典型液壓元件的清潔度等級(jí)見表1（原機(jī)械工業(yè)部“液壓元件及系統(tǒng)清潔度管理規(guī)范”制定組擬訂，1985年）。
表1典型液壓原件清潔度等級(jí)
3、 在裝配前對(duì)液壓系統(tǒng)各個(gè)元件的清洗
液壓元件在加工、裝配和維修等過程的每一個(gè)工藝環(huán)節(jié)后不可避免地殘留留有污染物。清潔度不符合要求地元件裝入系統(tǒng)后，在系統(tǒng)油液沖刷和機(jī)械振動(dòng)等的作用下，元件內(nèi)部固有的污染物會(huì)從粘附的表面脫落而進(jìn)入油液中，使系統(tǒng)受到附加污染。因而在元件裝配入系統(tǒng)前必須采取清洗措施，使元件達(dá)到要求的清潔度。
常用的清洗方法有浸漬清洗，機(jī)動(dòng)擦洗，超聲波清洗，加熱揮發(fā)物和酸處理法等。使用時(shí)還可以把這些方法加以組合或進(jìn)行多步清洗，依次在相鄰的兩個(gè)或三個(gè)清洗槽（機(jī)）中清洗，由于各清洗槽（機(jī)）清洗污染度不同，所以清洗液的配方及加熱溫度是各不相同的。
溶劑浸漬清洗是將被清洗的零件浸入帶有加熱設(shè)備的清洗槽中（加熱溫度一般為35～85度），并在清洗液中通人壓縮空氣或蒸氣，使清洗液處于動(dòng)態(tài)之中，浸漬時(shí)間4～8小時(shí)。對(duì)于油污嚴(yán)重的零件，清洗時(shí)還需要手工擦抹。
機(jī)動(dòng)擦洗可采用軟毛刷子刷去污物，以保持元件的精度和低的粗糙度。如網(wǎng)式濾油器，老是用硬的鋼絲刷，有時(shí)會(huì)損壞過濾芯或改變過濾精度。高精度，低粗糙度的液壓閥體，使用帶磨料球的尼龍去刺刷洗刷閥孔端部、孔道交接處及沉割槽等。該尼龍去刺刷的刷頭是由直徑為0.3～0.6mm的黑色尼龍絲及規(guī)格為M20的綠色碳化硅磨料粘接而成。
超聲波清洗利用適當(dāng)功率的超聲波射入清洗液中，形成點(diǎn)狀微小空腔，當(dāng)空腔擴(kuò)大到一定程度時(shí)，突然破滅，形成局部真空，周圍的流體以很高的速度來填補(bǔ)這個(gè)真空，產(chǎn)生具有幾千個(gè)大氣壓的的強(qiáng)大聲壓和機(jī)械沖擊力（即空化作用），使置于清洗液中的零件表面上的污染物剝落。此種方法清洗時(shí)間短，清洗質(zhì)量好，還能清洗形狀復(fù)雜而人工又無法清洗的零件。與手工相比，工效提高10倍以上，成本降低，但對(duì)過濾器這種多孔形物質(zhì)，有吸收聲波的作用，可能會(huì)影響清洗的效果。
加熱揮發(fā)法適用于一些特殊的污染物的處理，即加熱后可以揮發(fā)掉的，但是這種方法不能將液壓元件內(nèi)部殘留的炭、灰及固體附著物去除。
酸處理法是在將零件表面污染物去除以后，放入有CrO3、H2SO4和H2O配合的溶液中浸漬，使表面產(chǎn)生耐腐蝕膜。對(duì)不同的金屬材料采用不同的酸洗液。
根據(jù)系統(tǒng)受濕表明面積來決定系統(tǒng)元件的清潔度的規(guī)則，清洗的重點(diǎn)是占系統(tǒng)總受濕表明面積高的元件。因此，清洗的主要對(duì)象是軟管，油管，液壓缸，濾油器和油箱等元件，泵和閥在出廠前已經(jīng)充分清洗，對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的污染影響不大。
多數(shù)工廠的做法是：在裝配前硬管進(jìn)行酸洗－中和－水洗－干燥－除油；軟管和接頭以及外購元件用煤油或汽油清洗－吹干。
軟管必須在管道酸洗，沖洗后方可接到執(zhí)行器上，安裝前要用潔凈的壓縮空氣吹干凈。中途若拆卸軟管，要及時(shí)包扎好軟管接頭。
接頭體安裝前用煤油清洗干凈，并用潔凈壓縮空氣吹干。還需要生料帶密封的接頭體，纏生料帶時(shí)要注意兩點(diǎn)：a、順螺紋方向纏繞；b、纏后的生料帶應(yīng)距螺紋端部留出2～3扣的螺紋長度，否則，超出的部分在擰緊過程中回被切斷進(jìn)入系統(tǒng)。
管道安裝前要清理出內(nèi)部大的顆粒雜質(zhì)，絕對(duì)禁止管內(nèi)留有石塊、破布等雜物。管道安裝中若有較長時(shí)間的中斷，要及時(shí)封閉好管口防止雜物進(jìn)入系統(tǒng)。為防止焊渣、氧化鐵皮侵入，建議管道焊接采用氣體保護(hù)焊如氬弧焊。
液壓缸是安裝在一個(gè)單獨(dú)的預(yù)清洗油箱系統(tǒng)中，用預(yù)清洗油液進(jìn)行循環(huán)沖擊清洗。所需油量至少是液壓缸容量的5倍以上，通常經(jīng)過5次反復(fù)沖洗后，才可以沖洗干凈。
所有零件清洗干凈后，放入具有封閉性并便于清掃和保持清潔的干凈地，場地的空氣應(yīng)該過濾，且場地內(nèi)地氣壓要高于外部氣壓，以防止外部塵埃侵入。
液壓元件、組件運(yùn)輸時(shí)，應(yīng)該注意防塵土、防雨，對(duì)長途運(yùn)輸特別是海上運(yùn)輸?shù)囊簤杭欢ㄒ梅烙昙埢蛩芰习b，放入適量的干燥劑。
4、 對(duì)液壓系統(tǒng)在總裝后進(jìn)行的沖洗。
由于液壓系統(tǒng)在裝配過程中必然會(huì)形成污染物，例如：在裝配管路，接頭和螺塞等帶螺紋的零件上的鍍層，毛刺和附著物由于相互摩擦而脫落，被擠入系統(tǒng)里形成污染等，所以對(duì)液壓系統(tǒng)在總裝后進(jìn)行清洗是非常必要的。這里一般是通過紊流沖洗來使污染減小到最小。
液體從一個(gè)表面沖走顆粒并攜帶至下游的能力正比于液體在元件表面的能量的大小。在層流流動(dòng)中，元件的表面有一個(gè)液體的穩(wěn)態(tài)層，作用于元件表面的作用力很小，從液流研究中得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，液體中流速各不相同，液體中心的速度最高，管壁出液體流速為零。如果一個(gè)顆粒太小而潛入層流邊層（速度為零、靠近液體表面的靜止層），則通過沖洗就不能將其除去。要除去一個(gè)顆粒，該顆粒直徑就應(yīng)該是層流邊層厚度的兩倍。
因此要提高沖洗效率，采用紊流沖洗是最有效的，劇烈的紊流能夠減小層流層的厚度并沖刷管壁，將顆粒卷走。
紊流程度的大小由雷偌數(shù)決定：
 式中 υ――液流的平均流速（m/s）；
d――液流的水力直徑（m）；
ν――液體的運(yùn)動(dòng)粘度（m2/s）；
為了確保紊流，Re應(yīng)大于13800。在2320<Re<13800時(shí)，層流，紊流的可能性都存在，但紊流的情況居多。雷偌數(shù)和沖洗效率之間的關(guān)系表明，普通采用小流量的沖洗效果是不佳的，如果流量增大但是仍然在室溫下沖洗效果也不好，除非采用低粘度的油液。為了確保較高的雷偌數(shù)和紊流，可以采用以下方法。
（1）提高流速，沖洗流速應(yīng)為實(shí)際工作的流速的2～2.5倍；
（2）如果條件允許，可使用熱沖洗液（85度）；
（3）使用的粘度的液體，適用于單個(gè)的液壓元件或簡單回路，是十分有效的；
（4）使液體產(chǎn)生振動(dòng)，沖洗時(shí)借助外力振動(dòng)系統(tǒng)，如木棒敲擊管道。
對(duì)液壓系統(tǒng)的沖洗的關(guān)鍵工作是對(duì)不同清潔度要求的系統(tǒng)選配不同的過濾裝置。另外，根據(jù)沖洗的不同階段應(yīng)該采取不同的過濾精度的濾芯及濾材。為了有效提高過濾效率和減少過濾時(shí)間，一般不選擇精度高于20μm的濾芯。
對(duì)要求達(dá)到NAS10級(jí)的液壓系統(tǒng)，可以選用精度20μm的濾芯。
對(duì)要求達(dá)到NAS8級(jí)的液壓系統(tǒng)，可以選用精度10μm的濾芯。
對(duì)要求達(dá)到NAS7級(jí)的液壓系統(tǒng)，可以選用精度3～5μm的濾芯。
對(duì)要求達(dá)到NAS6級(jí)的液壓系統(tǒng)，可以選用精度1～3μm的濾芯。
剛開始沖洗時(shí)，應(yīng)首先除去大顆粒物質(zhì)。沖洗一段時(shí)間，由于濾網(wǎng)前面污染物不斷增多，泵出口壓力將漸漸增加，當(dāng)泵的出口壓力增加到一定值后，更換濾網(wǎng)，繼續(xù)沖洗，直到泵的出口壓力升高到一定值所需時(shí)間足夠長為止。
沖洗設(shè)備的配置方式主要有兩種，一種是在線的，主要使用系統(tǒng)的油箱和過濾器；另一種為離線過濾，也稱為腎循環(huán)式。沖洗通常采用離線方式，如圖1所示，并采用回油過濾，原因是回油壓力較低而且脈動(dòng)不大。離線方式?jīng)_洗的優(yōu)點(diǎn)是可以在沖洗設(shè)備上添加加熱器以提高沖洗效果，也可以使用容量大耐污染程度高的離心泵代替系統(tǒng)泵，以提高沖洗流速，同時(shí)可避免系統(tǒng)泵被損壞。一般不允許用系統(tǒng)泵進(jìn)行沖洗。
 圖1
對(duì)于在線式回路，用沖洗板將各種控制閥短接，將執(zhí)行元件用膠管接成短路，用沖洗介質(zhì)沖洗。當(dāng)達(dá)到規(guī)定的清潔度后，再換成工作液重新沖洗。達(dá)到清潔度后，將沖洗板去掉，換上各控制閥，使其動(dòng)作，繼續(xù)沖洗，直到達(dá)到要求。然后再接好執(zhí)行元件，用正式動(dòng)力源低壓循環(huán)沖洗，各種控制元件按設(shè)計(jì)規(guī)定順序動(dòng)作，工作液達(dá)到規(guī)定清潔度后合格。在線式回路適用于系統(tǒng)清潔度要求較高或在循環(huán)酸洗時(shí)酸洗介質(zhì)已達(dá)到一定清潔度的場合。
液壓系統(tǒng)的安裝和沖洗，可以按如下步驟進(jìn)行：
在未安裝敏感元件（如伺服閥等）之前，將管道及對(duì)污染物不敏感元件先裝配起來，并將管子端部密封嚴(yán)實(shí)。
用跨接線代替敏感元件，將液壓回路連接起來，并充液加壓，進(jìn)行沖洗，達(dá)到規(guī)定的清潔度為止。
完成上述工作后，清理現(xiàn)場并安裝敏感元件。
系統(tǒng)的沖洗安排在安裝敏感元件之前，是為了避免污染物損傷這些元件的光潔的表面，同時(shí)也避免了沖洗時(shí)的壓力損失。選擇的沖洗回路應(yīng)跳過敏感元件，并盡可能減少流動(dòng)阻力。沖洗時(shí)應(yīng)避免臟油通過已經(jīng)沖洗干凈的管道，對(duì)于較復(fù)雜的系統(tǒng)，可選擇回路先從支路沖洗到主管道，然后將支路與主管道隔開，再?zèng)_洗主管道，在沖洗回路的回油路上，裝設(shè)濾油器或?yàn)V網(wǎng)，沖洗初期由于雜質(zhì)較多，一般采用80目濾網(wǎng)，沖洗后期改用150目以上的濾網(wǎng)。
為了提高沖洗效果，在沖洗過程中的液壓泵以間歇運(yùn)動(dòng)為佳，其間歇時(shí)間一般為10～30分鐘，可在這一間歇時(shí)間內(nèi)檢測(cè)沖洗效果。在沖洗過程中，為了有利于管內(nèi)壁上的附著物脫落，可以用木棒或橡皮錘等非金屬錘輕輕敲擊管道，可連續(xù)或間歇地敲擊。
沖洗介質(zhì)通常是實(shí)際使用的液壓油或試車油。避免使用酒精、蒸氣等，以防腐蝕液壓元件、管道、油箱及密封件等。
沖洗液的用量一般以油箱工作容量地60％～70％為宜，沖洗時(shí)間不要太長，一般為2～4小時(shí)，在特殊情況下不超過10小時(shí)。沖洗效果以回路過濾網(wǎng)上無污染雜質(zhì)為標(biāo)準(zhǔn)。沖洗后的液壓油需要經(jīng)過質(zhì)量檢測(cè)才能確定能否繼續(xù)使用。
為了防止外界濕潤的空氣引起銹蝕，液壓泵應(yīng)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，直至油溫恢復(fù)正常為止，再將沖洗油排除干凈。
沖洗過程中還應(yīng)該注意：
（1） 油箱要封閉，減少現(xiàn)場空氣中顆粒進(jìn)入油箱的機(jī)會(huì)；
（2） 相油箱中加入沖洗油時(shí)應(yīng)使用帶過濾器的加油小車，以濾除桶裝油中的污染物；
（3） 更換濾芯時(shí)暫停沖洗泵，注意不要帶入雜質(zhì)；
（4） 對(duì)排空和排污要定期進(jìn)行，以確保系統(tǒng)充滿，并及時(shí)排出氣體和污染物。
（5） 在沖洗的前期，油中水分蒸發(fā)很重要，在沖洗油箱上應(yīng)有蒸汽逸出的窗口。
（6） 沖洗合格后在抽出沖洗油、管線使用前要注意保護(hù)，以免污染物進(jìn)入系統(tǒng)。
5、小結(jié)
裝配前的元件清洗和裝配后的系統(tǒng)沖洗對(duì)新投入使用的液壓系統(tǒng)是絕對(duì)必要的，任何抱有僥幸心理而放棄清洗都會(huì)對(duì)設(shè)備帶來致命的損害。經(jīng)過嚴(yán)格的沖洗后，可以減少和避免系統(tǒng)調(diào)試和早期運(yùn)行中的故障，縮短系統(tǒng)的調(diào)試周期，減少不必要的損失。但是，系統(tǒng)的污染控制是一個(gè)不斷進(jìn)行的過程，不可能一勞永逸，在系統(tǒng)的運(yùn)行期間還要定期檢測(cè)油液狀態(tài)，并控制污染物使其保證在系統(tǒng)允許的清潔度范圍內(nèi)。
參考文獻(xiàn)：
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