浅谈液压系统使用维护中液压油清洁及管路冲洗技术

孙 亮

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司 河北唐山 063200）

1 引言

液压系统安全、可靠、稳定工作是保证设备正常运行的关键。根据国内外的统计资料分析，油液污染是液压系统发生故障及液压元件过早磨损或损坏的主要原因，由此引起的损失约占液压系统全部故障损失的70%～80%。因此，控制机床液压系统油液污染已经成为保证设备安全、高效、经济运行的关键，必须认真对待。

从生产原理来看，液压系统油液污染的原因主要包括三方面：①制作、安装过程中潜伏在系统内部的污染，如切屑、磨料、焊渣、锈片和灰尘等固体颗粒物；②加入系统的液压介质清洁度达不到标准；③系统工作过程中产生的污染。因此，为了保证系统正常工作的要求，必须在系统投入使用之前进行全面、细致的液压系统清洗，控制液压系统清洁度。

液压系统在油冲洗前必须进行化学清洗，否则系统内的污垢将缓慢地、间断性地进入油系统，使油冲洗工作时间延长且难以达标。因此，在系统开车前对液压系统进行化学清洗和油冲洗，是快速、彻底去除系统内污染物的有效方法。在冲洗过程中，依据一些基本的液压原理，合理的确定冲洗工艺参数（如：流量、流速等），正确的选定冲洗设备，可达到理想的冲洗效果。

2 液压系统污染的危害

1）油液污染颗粒进入液压元件的配合间隙，使滑动表面摩擦加剧，划伤配合表面影响精度和表面粗糙度，使泄漏增加，甚至造成元件动作灵敏度降低或动作循环错乱，污染将导致元件寿命缩短和工作失常。

2）油液中污染物会使液压元件的阻尼小孔、缝隙式控制阀口堵塞，使液压元件不能正常工作。对于先导型溢流阀，污染颗粒可能卡住先导滑阀，使系统压力无法建立；对于流量控制阀，积聚在缝隙阀口处的污染物则会影响速度的稳定性。

3）油液污染会使油的粘度发生变化，使油液抗乳化性、润滑性和消泡性等物理、化学性能降低，导致油液过早老化失效，并引起各种液压系统故障。

3 液压系统油液污染物种类及污染原因分析

1）固体污染物：主要有切屑、铸造沙粒、焊渣、灰尘、毛刺等。固体污染在整个液压系统污染中占有相当大的比重。

2）液体污染物；主要有水分、清洗液（油）或者其他种类的液压油。

3）气体污染物：主要有从大气混入系统的空气和从油液中分离出来的气体。

各种污染物质侵入系统的渠道，见表1。

表1油液污染种类及原因

4 污染度的测定方法与等级标准

4.1 固体污染颗粒的测定方法及等级标准

固体污染颗粒的测定方法有用肉眼直接观察的目测法；有把一定体积油液样品中的污染物用滤纸颜色来判断污染度的比色法；有用显微镜法、光散射法与光遮蔽法等计数的颗粒计数法，其污染度标准有ISO／DIS4406，美国宇航局标准NAS1638和美国汽车工程学会1963年提出的标准SAE749D等；有重量法，其污染度等级标准主要有NAS1638和MILSTD1246A；还有污染指数法，它是根据油液通过薄膜滤网时通畅程度来确定其污染度的一种方法，本方法对测定0.25～5μm颗粒的污染度有效，适用于伺服系统油液污染度的测定。

4.2 油液中液体污染物的测定

油液中的液体污染物主要是水分，测定矿物油型系统油液含水量的方法有Karl-Fisher法，其重复测量精度为11ppm，油液中气体污染物的测定，目前尚无标准。

5 冲洗效果的影响因素

在系统冲洗中，要求冲洗液流速较高，质点的运动呈杂乱无章，液体的流动除了快速的平行于管道周线的运动外，还必须存在着剧烈的横向运动，以达到清除粘附在管道内表面细小颗粒的目标。也就是要求系统管道内液体的流动为紊流状态。

5.1 温度的影响

油路冲洗过程中，润滑油温度是影响冲洗效果的一个重要因素。根据流体力学流体流动形态的方程，可以计算出一般管道雷诺数Re。

式中D—管路直径；

ρ—润滑油密度；

v—流速；

μ—润滑油黏度。

对于一般管道雷诺数Re＜2000为层流状态，Re＞4000为紊流状态，Re＝2000～4000为过渡状态。由于D和ρ基本恒定，润滑油只有在足够高的温度条件下才能获得较低的黏度和较大的流速，从而达到紊流状态。通过计算可得，油路系统在冲洗过程中应保持在30℃～65℃。按照操作说明书油箱油温最大不超过70℃。

5.2 温差的影响

在油路冲洗过程中，油温应从30℃～65℃保持周期性变化。由于粘附在油系统管路上杂质的热膨胀系数与金属壁热膨胀系数有一定的差别，所以采用大温差膨胀收缩的方法使管路内壁上的腐锈、焊渣和污物脱落。同时用木榔头对管路的焊缝、弯头、三通等处进行敲击，以加速附着在管路上的杂质脱落。

5.3 冲洗方式选择

管路系统冲洗分为离线清洗和在线清洗。离线清洗是在管道安装以前先清洗、冲洗，然后再组装的方式。这种方法简单，但在组装过程中易造成二次污染。在线清洗是指在系统安装完成后，对系统整体进行化学清洗、油冲洗的方法。这种方法虽然复杂、技术要求高、难度大，但有清洗时间短、清洗彻底、无二次污染等优点，因此采用这种方式。

6 在线化学冲洗流程

化学清洗的目的是彻底清除管内的所有污物，加快冲洗油冲洗及使工作油达到相应NAS等级标准，以保证系统生产线安全可靠的运转。

6.1 水冲洗

水冲洗的目的在于清除液压系统内部的焊渣、金属粉末、密封材料碎片等不溶于脱脂酸洗液的固体颗粒。否则会严重影响系统元件使用寿命，甚至造成严重事故。

水冲洗过程中，应保证大流量的水量，流速控制在2m／s以上，一个系统分成几个支路冲洗。每20min测试一次浊度。当进出水浊度差小于5×10-6时，认为合格，冲洗结束。

6.2 脱脂

该步骤为彻底清除系统内部的各类机油、石墨、防锈油等有机物。为酸洗除锈奠定良好的金属表面基础。

药剂：NaOH、Na2CO3、Na3PO4、Na2SiO3、消泡剂等。温度：常温，时间6～8h。

6.3 酸洗

酸洗是利用酸洗液与垢类物质和腐蚀产物进行化学和电化学反应，生成可溶物，使管道内表面清洁。酸洗是整个化学清洗过程的关键步骤。

药剂：盐酸、硝酸、还原剂等，温度：常温，时间6～8 h。

6.4 漂洗

目的是清除酸洗后系统水冲洗过程中产生的浮锈，用低浓度的酸液与残留在系统中的铁离子反应，除去水冲洗过程中可能生成的浮锈。药剂：氢氟酸、还原剂、LAN、82 6等，温度：常温，时间：1.5～2h。

6.5 中和钝化

中和钝化是在系统内部形成均匀、致密的钝化膜，防止产生二次浮锈。药剂：磷酸三钠、亚硝酸钠、氨水等，温度：50℃～60℃，时间：4～6h，pH：9.5～10.5。

6.6 人工检查

在清洗完成后，对所清洗的系统进行详细检查。一些死角部位要进行人工清理，清除残留在系统中的杂质。

6.7 氮气吹扫

氮气吹扫是油冲洗工作的前提和保证，这项工序如果做不好，会因污染物和水分的大量存在，造成油冲洗的困难和时间延长，更换滤芯的数目增加，使得费用增加。

采用洁净、干燥的氮气将系统内残存的液体及细小颗粒吹出，否则对后面的油冲洗工作会造成不良影响。氮气压力在1.0～1.6MPa，开始采用间歇吹扫，当出口水分和颗粒数目少时常通，吹干系统。约需24h。如现场无氮气，可用相同质量的压缩空气代替。

7 油冲洗

7.1 冲洗介质

冲洗介质选用工作介质，这样既可以实现系统冲洗的目的，又可以达到过滤介质的目的。

7.2 流量控制

根据冲洗回路中较大管径内液流呈紊流状态时的流速，管路横截面积来选择冲洗泵（其中管路串联时横截面积为最大管的横截面积，管路并联时为支管横截面积之和），一般采用高压叶片泵。

旁路设置实际选定的泵，其流量一般比设计流量大，所以必须采用旁路来分流。启动泵前，先开启截止阀到最大限度，开泵后逐步调节至稳定状态。

支路流量的调节冲洗时应尽量保证各支路管内液体处于紊流状态，在支路冲洗回路前后都设置截止阀，用以调节流量，必要时在主要管路上可设置流量计加以确认。

7.3 压力控制

冲洗压力选择在4～6MPa，一些管线长、管径细、管径急变或多弯的冲洗回路，增加支路的数量，减少冲洗管线长度，降低压力损耗；同时调节各支路前后截止阀，实现分支路的切换冲洗。

7.4 冲洗油温

根据理论研究，油温、温差对冲洗效果有重要影响。此外油中细微颗粒尺寸小至0.005μm，温度升高和电场的存在能加速小颗粒向大颗粒转变，使其容易被滤出。因此，在冲洗过程中油温要经常变化，不超过危险温度的前提下，应尽量提高油温。综合各方面因素，油温确定在常温至60℃变化。

7.5 清洁度控制

在冲洗初期采用国产的滤芯，在精过滤时采用进口的滤芯以节约成本。根据管路的原污染程度及在线检测的结果，确定滤芯更换时间。同时应注意防止冲洗液与诸如镁、铅、锌、滤纸等物质共用，失去其原有的液压介质特性，冲洗时要时刻注意滤油器进口压力与出口压力之差。当压差大于0.35MPa时就要更换滤芯。

在冲洗泵前设置粗过滤器防止大颗粒杂质损坏泵，在冲洗回路前设置双过滤器可避免污染原本清洁的主系统，特别是一些只要求冲洗的项目。在冲洗回路后过滤器可防止冲洗回路中的杂质流入油箱。

7.6 冲洗结果判定

从取样形式上有两种方法。一种是按规定时间从特定取样口（回油过滤器的回油管路上）抽取油样进行仪器测试检查。另一种是根据系统的类型特点确定使用某一种精度的过滤网置于冲洗回路回油口，将所有冲回的杂质全部收集，每2～4h检查一次，根据杂质的性质及形状，确认不影响系统功能时为合格。

8 结束语

在液压系统安装、调试中对其进行正确合理的冲洗，是使系统清洁度达到要求的途径，是保证液压系统正常运行的关键所在。冷轧厂通过先进行化学清洗，合格后马上进行油冲洗的方法，相对于不通过化学清洗直接进行油冲洗来说，可有效缩短清洗时间，并且提高了清洗效果。

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