刘卜瑜

摘要：本文概括了颗粒物污染对工程机械工作可靠性可能造成的影响，总结了工程机械液压系统颗粒物可能的来源，提出了建议性的应对措施。

Abstract： This article summarizes the possible impact of particulate pollution on the reliability of construction machineries， summarizes the possible sources of particulates in the hydraulic system of construction machineries， and proposes recommended countermeasures.

关键词：液压油;清洁度;工程机械;可靠性;颗粒污染

Key words： hydraulic oil;cleanliness;construction machineries;reliability;particulate pollution

0  引言

工程机械行业现已成为我国国民经济建设的重要支柱产业，经过多年发展，我国工程机械的产业结构和产品结构不断得到优化、发展和完善，我国俨然已经成为全球工程机械产品类别、品种最齐全的国家之一。随着工程机械工业的发展，设备工作的可靠性和稳定性越来越得到人们重视[1]。以挖掘机为例，据相关资料统计显示，大约50%的液压挖掘机常见故障发生在液压系统，而挖掘机液压系统故障的75%是由液压油清洁度问题造成的[2]。因此，总结颗粒物污染对工程机械工作可靠性的影响，分析相关原因并制定相应的应对措施就显得尤为重要。

1  颗粒物污染对工程机械工作可靠性的影响

液压系统工作的可靠性决定了工程机械的可靠性。工程机械液压系统的可靠性与液压系统的清洁度密切相关，颗粒物污染是影响工程机械液压系统清洁度的直接原因并会对工程机械的可靠性产生一系列影响，主要体现在以下几方面[3]：

①降低液压泵的工作效率。一定尺寸颗粒物的侵入，在一定程度上会造成液压泵的磨损，进而导致液压泵在工作时内泄漏量增大，继而导致泵的输出流量降低、压力下降、效率下降。

②影响液压缸的可靠性。颗粒物的侵入，在一定情况下会造成液压缸密封件的磨损，到一定程度时会导致液压缸密封件失效，进而导致液压缸内、外部液压油的泄漏，最终降低液压缸工作的可靠性。

③降低液压阀的可靠性，造成卡阀、阀件控制失效等故障。研究表明，颗粒物污染可以引起溢流阀动作滞后、引起滑阀阀芯粘滞或卡紧、引起伺服阀的输出平稳性及响应速度降低、引起比例阀比例控制特性的精度降低甚至失去控制特性。

④加速液压油老化。液压泵效率下降会导致液压油工作温度的升高，液压泵及阀件磨损产生的金属颗粒会在较高温度下成为液压油氧化的催化剂，加速液压油老化变质。

⑤引起液压元件磨损的链式反应。液压系统中的颗粒物导致液压元件磨损产生磨粒后，如果得不到有效控制，磨损产生的颗粒就会成为新的污染物，甚至有些磨粒会变得比其原材料更坚硬，进而引起更严重的磨损，造成恶性循环。

2  颗粒物来源分析

工程机械液压系统中的颗粒物按来源划分主要可以归于两个方向：一是液压系统相关组件，如各液压元件包括液压油等;二是使用维护过程中外界侵入。按顆粒物的获得时间可大致分为“与生俱来”即新设备出厂就已经获得和“后天生成”即设备在使用过程中获得的两个时间范畴。下面按照时间维度对颗粒物的来源进行分析。

2.1 “与生俱来”的颗粒物

2.1.1 液压油（新油）清洁度不够引入颗粒物

液压油（新油）中的颗粒物来源主要有两方面：一是由于液压油生产工艺对清洁度的控制力度不够造成的;另一方面是液压油在运输储存过程中保存不当造成的。

2.1.2 液压元件清洁度不够引入颗粒物[4][5]

液压元件从原材料到加工制造再到用户手中，通常要经历原材料（铸件）→机械加工→元件装配→出厂试验→涂漆和封装→产品包装→储存和运输等一系列流程，过程中通常需要对材料（铸件）的毛坯进行清理，在机械加工过程中需开展工序间的清洗，在元件装配前后分别需对装配前的零件和装配后的元件进行清洗以保证达到原件的清洁度要求并加以保持，在涂漆封装前需要涂装前的清洗，每个环节都至关重要，清理保持不当便会造成液压元件的颗粒物污染。另一方面，液压油箱焊接过程中的焊渣和焊瘤、液压油管路中的毛刺等均可能成为颗粒物污染的因素。

2.1.3 工程机械设备装配安装过程引入颗粒物

对液压油来讲，在工程机械出厂前对设备加注液压油过程中未对其清洁度进行有效控制是造成颗粒物污染的主要途径。

对工程机械的装配过程来讲，各部件的组装过程颗粒物的污染控制不当会造成颗粒物的污染。对组装过程中的液压泵、阀件（尤其是高精密的伺服阀、比例控制阀等）、液压马达、液压缸等在装配前必须保证包装完好，各元件装配完成后的管路接头等部位必须保证严格的密封;对于部装好的零部件，如液压油的油箱及相关的全部接口法兰均需保证良好的密封[5]。

2.2 “后天生成”的颗粒物

2.2.1 液压油老化生成的颗粒物

液压油在工作时会处于高温、有氧、与金属接触的环境，上述环境具备了液压油氧化的条件，即高温、氧气、金属催化，因此，液压油在使用过程中的氧化不可避免。液压油的氧化通常会导致一些氧化过程产物的聚合反应，最终生成漆膜、油泥，进而对液压系统产生影响。

2.2.2 设备使用过程中的磨损及维护不当引入颗粒物

设备使用过程中颗粒物的引入通常发生在液压系统的运动部件，如泵、阀、液压马达、液压缸等部位，主要是由磨损造成的，在液压缸伸缩工作时也有可能因动静件之间的密封不当将污染物引入液压系统。维护不当也会引入污染物，如在设备检修、换油、零件更换等过程中，工作环境颗粒物较多或在零部件安装过程中没有注意对颗粒物污染进行有效控制，液压系统过滤器失效或未定期更换等情况均有可能引入颗粒物。

3  液压油中颗粒物检测及注意事项

3.1 液压油中颗粒物的检测

目前国际常用的液压油颗粒物污染等级分类标准是ISO 4406和NAS1638，这两个标准均采用自动颗粒计数器计数，不同之处在于对污染度进行等级划分的规则不同。ISO 4406采用3组数字报告颗粒物污染等级，3组数字依次表征1毫升液压油中颗粒尺寸≥4μm（c）、≥6μm（c）、≥14μm（c）的颗粒数;NAS1638首先按照粒径尺寸划分5～15μm、15～25μm、25～50μm、50～100μm、>100μm共5个范围并分别按照颗粒数的多少对每个范围制定对应的污染等级，之后对5个范围分别统计每100毫升油样中颗粒物的数量，进而得出每个范围的污染等级，取5个范围中最差的一个结果作为最终结果。我国也制定了相关标准用于指导液压油污染物测定及分类定级，其中GB/T14039-2002《液压传动油液固体颗粒污染等级代号》修改采用了ISO 4406：1999《液压传动油液固体颗粒污染等级代号》（英文版）[6-10]。

3.2 客观监测液压油中颗粒物污染需注意的事项

客观开展液压油中颗粒物的监测工作，是一项细致并具有一定难度的工作，因为诸多因素均可能影响最终的检测结果从而不能真实反映液压系统中颗粒物污染程度。为了保证检测结果的客观性，需注意如下事项：

①减少取样环境及取样过程对测试结果的影响。在液压油取样时，要特别注意取样环境的颗粒物、粉尘情况，尽量选择相对清洁、无风、无扬尘的环境取样。同时，在取样时应首先对放油口及其周边进行清理，尽量保证无容易脱落的颗粒、灰尘等物质。

②减少取样工具及容器污染对测试结果的影响。对开展清洁度测试的液压油来讲，其取样工具及容器需要足够清洁，条件具备时，可联系测试方提供专用取样工具及容器进行取样。取样完毕后立即封存并保证取样容器的密封性。

4  避免颗粒物污染的措施

有效避免颗粒物污染对工程机械带来的负面影响，需要从设备零部件选型、制造部装、使用维护等多维度共同开展工作。

①在液压元件、液压油选型时，选择具有清洁度保障的供应商，尤其是液压油的选型，目前国内市场液压油新油的清洁度参差不齐，尽量选择知名度较高的液压油供应商，中国石化长城液压油产品就具有较好的清洁度，并且可以根据客户具体需求生产不同等级的高清洁度液压油产品。除此之外，在液压油选型时，对用于工程机械的液压油应尽量选则抗氧化好及氧化寿命较长的液压油，一方面可以延长液压油的换油周期，另一方面可以减少因液压油氧化产生的颗粒物对设备液压系统产生的影响。

②在设备制造部装过程中要注意保持液压元件的清洁，零部件安装之后，各管路、法兰等接口要保持清洁及密封，部分零部件如液压油箱等要注意焊渣、焊瘤的清理;在零部件擦拭过程中，要注意选择不容易残留或掉颗粒的擦拭物;在向设备加注液压油时要保证环境的清洁，液压油必须经过过滤装置之后才可加注至设备的液压油箱，必要时对液压油开展多轮次的设备体外循环以保证加注液压油的清洁度。

③在使用过程中维护设备液压系统的清洁度，比如，及时将老化或到换油期的液压油进行更换，更换时要将液压系统进行适当合理的清洗，将油泥、颗粒物等清理干净，经过滤装置后加注新的液压油，同时注意更换设备精滤和粗滤滤芯;注意液压缸周边的清理，保证良好的密封，以防止颗粒物随液压缸工作时的伸缩动作将颗粒物引入液压系统;在对设备进维护保养时也要注意对液压系统及相关液压元件的清洁度保持有效控制。

5  总结

颗粒污染对工程机械工作可靠性的影响巨大，人们已将控制颗粒物污染作为保证工程机械可靠稳定运行最重要的工作之一，然而，控制液压油的颗粒物污染是一项系统复杂的工作，需要从液压元件的制造选用、零部件及整机的部装、设备的使用维护等多维度共同开展工作以最大限度保证工程机械液压系统的清洁，进而减少因颗粒物污染对工程机械稳定可靠运行带来的危害。

参考文献：

[1]中國工程机械工业协会.中国工程机械工业年鉴[M].北京：机械工业出版社，2019：3-15.

[2]李立民，邓冰松，林通.液压挖掘机液压系统清洁度的控制[J].筑路机械与施工机械化，2004（12）：51-52.

[3]李宇林.固体颗粒污染对液压系统的危害机理分析[J].重庆工业高等专科学校学报，2000，15（1）：32-35.

[4]夏志新，刘新德，赵曼琳.液压元件清洁度质量控制[J].液压与气动，2003（2）：41-44.

[5]钟玉柱，王龙康，王冠军.工程机械生产过程中液压系统清洁度的质量保证[J].液压气动与密封，2011（9）：63-66.

[6]陈惠卿.液压介质的清洁度标准[J].合成润滑材料，2009，36（2）：31-33.

[7]周亚斌，焦丽菲.油液清洁度标准及测定方法[J].润滑油，2008，23（1）：62-64.

[8]GB/T14039-2002，液压传动油液固体颗粒污染等级代号[S].

[9]ISO 4406-1999，Hydraulic Fluid Power-Fluids-Method for Coding the Level of Contamination by Solid Particles[S].

[10]NAS 1638，Cleanliness Requirement of Hydraulic Fluid System[S].