液压系统污染控制技术（上）

　　液压系统污染控制是一项系统工程，首先要求液压系统的使用与维护人员对污染控制的重要性有足够的认识，其次要求其对如何控制，从哪几个环节入手，如何选择过滤器有一定的专业知识。只有充分有效的做好液压系统的污染控制工作，才能保证系统的可靠的运行。尤其在当前高压、大流量、大功率、高精度、高可靠性、自动控制、集成化、节能降噪、低成本是已经成为液压系统的发展趋势。但由于大量污染物的存在，影响了液压系统的可靠运行，所以液压系统的污染控制显得尤为迫切和重要。

1.液压系统简述

　　1.1液压系统的基本组成

　　液压系统一般由动力元件、控制元件、执行元件、液压介质和辅助元件组成。动力元件将电动机或内燃机所输出的机械能转化为液压介质的液压能;控制元件对液压介质的压力、流量和方向进行控制;执行元件将液压能再转变为机械能，驱动负载实现需要的运动;液压介质是能量转化、传递和控制的媒体;辅助元件为实现液压系统热量平衡、污染平衡、能量储存与释放、介质流通与密封等功能而使用的元件，使液压系统能够正常、安全、可靠地工作。液压系统各组成部分及其作用见表1-1。

　　表1-1 液压系统组成部分及其作用

　　在图1-1中，电动机7驱动液压泵6转动，将电能转换为机械能，液压泵6输出具有一定压力和流量的液压介质，将机械能转换为液压能，液压缸5在液压介质的作用下实现直线运动，将液压能转换为机械能。过滤器3过滤净化液压介质，方向阀4控制液压缸直线运动的方向，安全阀2使系统的压力不会超过设定的上限，保证系统的安全，管路9实现液压介质在所有元件间的流动，液压箱1存储液压介质，液压介质8传递能量、润滑元件、冷却系统，同时将系统内部的污染物携带出来，便于污染物在液压箱中的沉淀或经过过滤器滤除。

　　1.2 液压系统的传动介质

　　在液压系统中，液压介质是系统实现能量转换、传递、控制的媒体，也是系统散热、元件润滑的媒体，同时也是污染物携带、传输和清除的载体。因此，液压系统对液压介质有比较高的性能要求，表1-2给出了液压系统对液压介质的性能要求。

　　GB/T7631.2-87对我国液压介质进行了分类，其中常用的液压介质种类见表1-3。在石油基液压油、合成液压油和含水液压液三类液压介质中，石油基液压油在性能与经济性方面占有很大的优势，因而使用最为普遍。但可燃性是石油基液压油的一个薄弱环节，在有抗燃性要求的工作场合，只能使用抗燃的合成液压油和含水液压液。

　　表1-2 液压系统对液压介质的性能要求

　　表1-3 常用液压介质的种类

2. 液压系统的污染物

　　2.1 污染物的定义

       液压系统的污染物是指液压介质中存在的一切对系统有危害作用的物质和能量。它包括固体颗粒、水、空气、化学物质、微生物、静电、热能、磁场和辐射等。

　　2.2 污染物的来源

　　污染物的来源各不相同，主要是在系统装配、运行、故障维修等过程中产生的。根据其产生的原因总体来说，可分为系统内部残留、内部生成和外部侵入三种。表2-1举例说明了各种污染物的常见来源。

　　表2-1 污染物的常见来源

　　2.3 污染物的危害

　　污染物对液压系统的危害是十分巨大的。据统计，液压系统75% 以上的故障是由于油液及其污染造成的。固体颗粒是液压系统中最主要的污染物，液压系统污染故障中的三分之二都是由固体颗粒引起的。表2-2给出了各种污染物的危害。

　　表2-2 污染物的危害

　　2.4 污染物特征的描述

　　液压系统中的污染物既有以物质形式存在的,如固体颗粒、水、空气、化学物质和微生物等，又有以能量形式存在的，如静电、热、磁和辐射等。化学物质主要以其种类和含量来进行污染特征的描述;微生物除了能繁殖与游动外，其污染特征与固体颗粒相近;静电污染一般以电荷电压来描述其特征;热一般以温度的高低来描述其特征;磁一般以磁场强度来进行描述;辐射主要以其种类和能量来进行描述。下面对液压系统的最常见的固体颗粒、水及空气的污染特征作一介绍。

　　2.4.1 固体颗粒

　　描述固体颗粒污染特征的参数主要有颗粒的密度、堆积松散度、沉降性、分散性、迁移性、成块性、硬度、破碎性、尺寸、尺寸分布、浓度、形状等。污染控制经常使用的特征主要有尺寸、尺寸分布和浓度等。

　　颗粒具有不规则的形状，我们如何去描述它的大小、给出它的尺寸呢?为此，人们给出了关于颗粒尺寸的不同定义，在污染控制领域，常用的定义主要有两种，一是颗粒的最大弦长，即用颗粒的最大弦长来描述颗粒的大小，这种定义在显微镜计数法中得到使用;二是用颗粒等效投影面积的直径作为颗粒的尺寸，这种定义自动颗粒计数法中得到使用。图2-1表示了颗粒尺寸的两种不同定义。

　　图2-1 颗粒尺寸的定义

　　(a)颗粒

　　(b)颗粒的最长弦长

　　(c)颗粒的等效投影面积的直径

　　上述关于颗粒尺寸的定义是不严密的，因为颗粒是三维的，而我们只能测定其在某个投影方向上的最大弦长或等效投影面积的直径，对于单个颗粒来说，这个尺寸随投影方向的不同而不同。但是，上述定义在工程上具有统计的意义，也就是说，在颗粒众多的情况下，我们所得到的各种尺寸颗粒的数量具有相对稳定性，它基本上真实地反映了液压系统中各种颗粒的大小及其数量。

　　不同尺寸的颗粒对液压元件的危害是不一样的，人们常用不同尺寸段的颗粒数所占的比例来描述颗粒的尺寸分布，而使用单位体积油液中不同尺寸段的颗粒数或单位体积油液中固体颗粒的重量来描述颗粒的浓度。

　　2.4.2 水

　　水的污染特征描述主要有水的存在形式及其含量。油液中的水有三种存在形式：溶解水、乳化水及自由水。溶解水是指油液分子间存在的水，其尺寸一般在0.1μm以下。乳化水是指高度分散在油液中的水，其尺寸一般在10μm以下。自由水是指沉降在油液下部的水，其尺寸一般在100μm以上。

　　油液中三种形式的水是能够互相转化的。温度降低、压力下降时，油液中的溶解水会析出，成为乳化水或自由水。温度升高、压力上升时，乳化水和自由水会溶解在油液中，形成溶解水。自由水在剧烈搅动时会形成乳化水。乳化水在长时间静置时会变成自由水。油液中的水含量可以用重量百分比(%w)或体积百分比(%v)表示。在含量较低时常用重量百万分率(ppmw)或体积百万分率(ppmv)表示。

　　2.4.3 空气

　　与水类似，空气的污染特征描述主要有空气的存在形式及其含量。油液中的空气也有三种存在形式：溶解态、乳化态及自由态。溶解态空气是指油液分子间存在的空气，其尺寸较小。乳化态空气是指高度分散在油液中的空气泡。自由态空气是指积聚在液压系统内部高点的空气。

　　油液中三种形式的空气也是能够互相转化的。温度升高、压力下降时，油液中的溶解态空气会析出，成为气泡或自由态空气。温度下降、压力上升时，油液中的气泡和自由态空气会溶解在油液中，形成溶解态空气。油液中的空气含量一般以体积百分比(%v)表示。