鉆井機(jī)械中液壓油的污染與控制
摘要：液壓油的質(zhì)量和清潔度是保證液壓系統(tǒng)正常工作的首要條件,液壓系統(tǒng)污染是液壓故障的一個(gè)主要原因,為了保證鉆井機(jī)械液壓系統(tǒng)能夠安全,、可靠的運(yùn)行,對(duì)液壓系統(tǒng)中液壓油污染的危害及原因進(jìn)行分析,對(duì)液壓油污染程度的檢測(cè)及液壓油污染的控制提出了方法和措施,以達(dá)到工作過(guò)程中的污染控制,主要包括：控制油溫、定期過(guò)濾等措施
關(guān)鍵詞：液壓油,污染,控制
在現(xiàn)代的傳動(dòng)方式中,，液壓傳動(dòng)可以很好的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制和自動(dòng)控制,，并且以其傳動(dòng)裝置的重量輕,、結(jié)構(gòu)緊湊、慣性小等特點(diǎn)得到了較為廣泛的應(yīng)用,。但是鉆井設(shè)備由于多處于室外,，工作中受外界環(huán)境的影響很大，在實(shí)際的使用過(guò)程中,，很容易出現(xiàn)液壓油的污染情況,，嚴(yán)重影響了動(dòng)力的傳遞，因此對(duì)液壓油污染的控制就顯得尤為重要,。
一,、液壓油概述
液壓油用于液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中作中間介質(zhì),起傳遞和轉(zhuǎn)換能量的作用,同時(shí)還起著液壓系統(tǒng)內(nèi)各部間件的潤(rùn)滑、防腐蝕,、冷卻,、沖洗等作用。其主要性能有:
1.合適的粘度,，良好的粘溫特性粘度是選擇液壓油時(shí)首先考慮的因素,，在相同的工作壓力下，粘度過(guò)高,，液壓部件運(yùn)動(dòng)阻力增加,，升溫加快液壓泵的自吸能力下降，管道壓力降和功率損失增大;若粘度過(guò)低,，會(huì)增加液壓泵的容積損失,，元件內(nèi)泄漏增大，并使滑動(dòng)部件油膜變薄,，支承能力下降,。
2.良好的潤(rùn)滑性(抗磨性)液壓系統(tǒng)有大量的運(yùn)動(dòng)部件需要潤(rùn)滑以防止相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面的磨損，特別是壓力較高的系統(tǒng),，對(duì)液壓油的抗磨性要求要高得多,。
3.良好的抗氧化性液壓油在使用過(guò)程中也會(huì)發(fā)生氧化，液壓油氧化后產(chǎn)生的酸性物質(zhì)會(huì)增加對(duì)金屬的腐蝕性,，產(chǎn)生的油泥沉淀物會(huì)堵塞過(guò)濾器和細(xì)小縫隙,，使液壓系統(tǒng)工作不正常，因此要求具有良好的抗氧化性,。
4.良好的抗剪切安定性由于液壓油經(jīng)過(guò)泵,、閥節(jié)流口和縫隙時(shí)，要經(jīng)受劇烈的剪切作用,，導(dǎo)致油中的一些大分子聚合物如增粘劑的分子斷裂,，變成小分子，使粘度降低，當(dāng)粘度降低到一定的程度油就不能用了,，所以要求具有良好的抗剪切性能,。
5.良好的防銹和防腐蝕性液壓油在使用過(guò)程中不可避免地要接觸水分和空氣以及氧化后產(chǎn)生的酸性物質(zhì)都會(huì)對(duì)金屬生銹和腐蝕，影響液壓系統(tǒng)的正常工作,。
6.良好的抗乳化性和水解安定性液壓油在工作過(guò)程中從不同途徑混入的水分和冷凝水在受到液壓泵和其他元件,。
7.良好的抗泡沫性和空氣釋放性在液壓油箱里，由于混入油中的氣泡隨油循環(huán),，不僅會(huì)使系統(tǒng)的壓力降低,，潤(rùn)滑條件變壞，還會(huì)產(chǎn)生異常的噪音,、振動(dòng),，此外氣泡還增加了油與空氣接觸的面積，加速了油的氧化,，因此要求液壓油具有良好的抗泡沫性和空氣釋放性,。
8.對(duì)密封材料的適應(yīng)性由于液壓油與密封材料的適應(yīng)性不好，會(huì)使密封材料膨脹,、軟化或變硬失去密封性能,，所以要求液壓油與密封材料能相互適應(yīng)。
二,、液壓油的污染與危害
液壓油的污染,，按照污染物的不同，可分為雜質(zhì)(灰塵,、金屬顆粒、棉紗,、氧化物等),、水分、空氣,、微生物及化學(xué)物污染,。在鉆采機(jī)械液壓系統(tǒng)中，主要是雜質(zhì)(大部份是金屬顆粒),、水分和空氣污染,。
l、油液中混入水分
(1)油液中水分進(jìn)入的途徑
1)油箱蓋因冷熱交替而使空氣中的水分凝結(jié)成水珠落人油中,。
2)冷卻器或熱交換器密封損壞或冷卻管破裂使水漏人油中,。
3)通過(guò)液壓缸活塞桿密封不嚴(yán)密處進(jìn)入系統(tǒng)的潮濕空氣凝聚成水珠。
4)用油時(shí)帶人的水分以及油液暴露于潮濕環(huán)境中與水發(fā)生親合作用而吸收的水,。
(2)油液中混入水分后的危害
1)油液中混入一定量的水分后,，會(huì)使液壓油乳化呈白濁狀態(tài)。如果液壓油本身的抗乳化能力較差,，靜止一段時(shí)間后,，水分也不能與油分離,，使油總處于白濁狀態(tài)。這種白濁的乳化油進(jìn)入液壓系統(tǒng)內(nèi)部,，不僅使液壓元件內(nèi)部生銹,，同時(shí)降低其潤(rùn)滑性能，使零件的磨損加劇,，系統(tǒng)的效率降低,。
2)液壓系統(tǒng)內(nèi)的鐵系金屬生銹后，剝落的鐵銹在液壓系統(tǒng)管道和液壓元件內(nèi)流動(dòng),，蔓延擴(kuò)散下去,，將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部生銹，產(chǎn)生更多的剝落鐵銹和氧化物,。
3)水還會(huì)與油中的某些添加劑作用產(chǎn)生沉淀和膠質(zhì)等污染物,，加速油的惡化。
4)水與油中的硫和氯作用產(chǎn)生硫酸和鹽酸,，使元件的磨蝕磨損加劇,，也加速油液的氧化變質(zhì)，甚至產(chǎn)生很多油泥,。
5)這些水污染物和氧化生成物,，隨即成為進(jìn)一步氧化的催化劑，最終導(dǎo)致液壓元件堵塞或卡死,，引起液壓系統(tǒng)動(dòng)作失靈,、配油管堵塞、冷卻器效率降低以及濾油器堵塞等一系列故障,。
6)另外,，在低溫時(shí)，水凝結(jié)成微小冰粒,，也容易堵塞控制元件的間隙和死口,。
2、油中侵入空氣
油液中的空氣主要來(lái)源于松動(dòng)的管接頭,，不緊密的元件接合面,，暴露在油面上的油管以及密封失效處，油液暴露在大氣中也會(huì)溶人空氣,。此外,，當(dāng)油箱內(nèi)的油量較少時(shí)，加速了液壓油的循環(huán),，使氣泡排除困難,，同時(shí)油泵吸油管“吃油”深度不夠也使空氣容易進(jìn)入。
混入液壓系統(tǒng)的空氣，通常以直徑為0.05～0.50mm的氣泡狀態(tài)懸浮于液壓油中,，對(duì)液壓系統(tǒng)內(nèi)液壓油的體積彈性模量和液壓油的粘度產(chǎn)生嚴(yán)重影響,，隨著液壓系統(tǒng)的壓力升高，部分混入空氣溶人液壓油中,，其余仍以氣相存在,。當(dāng)混入的空氣量增大時(shí)，液壓油的體積彈性系數(shù)急劇下降,，液壓油中的壓力波傳播速度減慢,，油液的動(dòng)力粘度呈線性增高。懸浮在油液中的空氣與液壓油結(jié)合成混合液,，這種油液的穩(wěn)定性決定于氣泡的尺寸大小,，對(duì)液壓系統(tǒng)等產(chǎn)生重大的影響，可能出現(xiàn)振動(dòng),、噪聲,、壓力波動(dòng)、液壓元件不穩(wěn)定,、運(yùn)動(dòng)部件產(chǎn)生爬行,、換向沖擊，定位不準(zhǔn)或動(dòng)作錯(cuò)亂等故障,，同時(shí)還使功耗上升,，油液氧化加速以及油的潤(rùn)滑性能降低。
3,、油中混入各種雜質(zhì)顆粒
油液中的固態(tài)污染物主要以顆粒狀存在,。這些雜質(zhì)有的是元件加工和裝配過(guò)程中殘留的，有的是液壓元件在工作過(guò)程中產(chǎn)生的,，有的源于外界雜質(zhì)的侵入,，其危害是：
(1)油中的各種顆粒雜質(zhì)會(huì)對(duì)泵和馬達(dá)造成危害。當(dāng)雜質(zhì)顆粒進(jìn)入到齒輪泵或齒輪馬達(dá)的齒輪端面和兩端蓋側(cè)板,、齒頂和殼體之間，或當(dāng)雜質(zhì)顆粒進(jìn)入到葉片泵或葉片馬達(dá)的葉片與葉片槽,，轉(zhuǎn)子端面和配油盤,、定子與轉(zhuǎn)子(葉片頂部)之間，或當(dāng)雜質(zhì)顆粒進(jìn)入到柱塞泵或柱塞馬達(dá)的柱塞與柱塞缸體孔,，轉(zhuǎn)子與配油盤,、滑靴與傾斜盤、變量機(jī)構(gòu)的滑動(dòng)副之間時(shí),，均有可能造成卡死故障,。即使不造成卡死故障，也會(huì)使磨損加劇。雜質(zhì)顆粒還有可能堵塞泵前的進(jìn)油濾油器,，使泵產(chǎn)生氣蝕或造成多種并發(fā)故障,。
(2)油中各種顆粒雜質(zhì)會(huì)對(duì)液壓缸造成危害。顆粒雜質(zhì)會(huì)使活塞與缸體,、活塞桿與缸蓋孔及密封元件產(chǎn)生拉傷和磨損,，使泄油量增大，容積效率和有效推力(拉力)降低,，如果顆粒雜質(zhì)卡住活塞或活塞桿,，將導(dǎo)致油缸不動(dòng)作。
(3)油中的污染顆粒會(huì)對(duì)各種閥類元件造成危害,。污染顆?？赡芤鸹y卡死或節(jié)流堵塞，造成閥動(dòng)作失靈,，即使不產(chǎn)生卡死或堵塞故障,，污染顆粒也將使閥類元件運(yùn)動(dòng)副過(guò)早磨損，配合間隙加大,，性能惡化,。
(4)污染物繁殖細(xì)菌，加劇油液老化,，使油液發(fā)黑發(fā)臭,，更進(jìn)一步產(chǎn)生污染。如此惡性循環(huán),，有可能產(chǎn)生以下后果：
1)污染物堵塞濾油器,，導(dǎo)致油泵吸空，產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲,。
2)污染物使油缸或馬達(dá)的摩擦力增大,，產(chǎn)生爬行。
3)污物會(huì)完全使伺服閥等抗污染能力差的元件根本失效,，至少是工作不穩(wěn)定和滯后量增加,，污物阻塞壓力表前同定小孔，壓力得不到正確傳遞和反映,。
4)污染物堵塞壓力表通道,，使壓力得不到正確傳遞和反應(yīng)。
三,、控制液壓油污染的主要措施
為確保液壓系統(tǒng)工作正常,、可靠、減少故障和延長(zhǎng)壽命,，必須采取有效措施控制液壓油的污染,。
1,、控制油溫
油溫過(guò)高往往會(huì)給液壓系統(tǒng)帶來(lái)以下不利影響：
(1)油液黏度下降，使活動(dòng)部位的油膜破壞,、磨擦阻力增大,，引起系統(tǒng)發(fā)熱、執(zhí)行元件(例如液壓缸)爬行,。油液黏度下降可導(dǎo)致泄漏增加,，系統(tǒng)工作效率顯著降低。
(2)油液黏度下降后,，經(jīng)過(guò)節(jié)流器時(shí)其特性會(huì)發(fā)生變化,，使活塞運(yùn)動(dòng)速度不穩(wěn)定。
(3)油溫過(guò)高引起機(jī)件熱膨脹,，使運(yùn)動(dòng)副之間的間隙發(fā)生變化,，造成動(dòng)作不靈或卡死，使其工作性能和精度下降,。
(4)當(dāng)油溫超過(guò)55攝氏度時(shí),，油液氧化加劇，使用壽命縮短,，據(jù)資料介紹,，當(dāng)油溫超過(guò)55攝氏度后溫度每升高9攝氏度，油的使用壽命縮短一半,，因此,，對(duì)不同用途和不同工作條件的機(jī)器。應(yīng)有不同的允許工作油溫,。工程機(jī)械液壓系統(tǒng)允許的正常工作油溫為35-55攝氏度,，最高為70攝氏度。
2,、控制過(guò)濾精度
為了控制油液的污染度,，要根據(jù)系統(tǒng)和元件的不同要求，分別在吸油口,、壓力管路,、伺服調(diào)速閥的進(jìn)油口等處，按照要求的過(guò)濾精度設(shè)置濾油器,，以控制油液中的顆粒污染物,，使液壓系統(tǒng)性能可靠、工作穩(wěn)定,。濾油器過(guò)濾精度一般按系統(tǒng)中對(duì)過(guò)濾精度敏感性最大的元件來(lái)選擇。
3,、強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)管理
強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)管理是防止外界污染物侵入系統(tǒng)和濾除系統(tǒng)中污染物的有效措施,。
(1)檢查油液的清潔度
設(shè)備管理部門在檢查設(shè)備的清潔度時(shí),，應(yīng)同時(shí)檢查系統(tǒng)油液、油箱和濾油器的清潔度,，并建立液壓設(shè)備清潔度上,、中、下三級(jí)評(píng)分制度,。對(duì)關(guān)鍵設(shè)備的液壓系統(tǒng)都要抽查,。
(2)建立液壓系統(tǒng)一級(jí)保養(yǎng)制度
設(shè)備管理部門在制定設(shè)備一級(jí)保養(yǎng)內(nèi)容時(shí)，要增加對(duì)液壓裝置方面的具體保養(yǎng)內(nèi)容,。
(3)定期對(duì)油液取樣化驗(yàn)
應(yīng)定期,、定量提取油樣，檢查單位體積油樣中雜質(zhì)顆粒的大小和數(shù)量或稱重量,，并作定性定量分析,，以便確定油液是否需要更換。
A,、取油樣時(shí)間：對(duì)已規(guī)定了換油周期的液壓設(shè)備,，可在換油前一周對(duì)正在使用的油液進(jìn)行取樣化驗(yàn);對(duì)新?lián)Q的油液，經(jīng)過(guò)1000h連續(xù)工作后,，應(yīng)對(duì)其取樣化驗(yàn);企業(yè)中的大型精密液壓設(shè)備使用的油液,，在使用600h后，應(yīng)取樣化驗(yàn),。
B,、取油樣時(shí)，首先要把裝油容器清洗干凈,，不許使用臟的容器,，以確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，具體取油樣的方法如下：
當(dāng)液壓系統(tǒng)不工作時(shí)(即在靜止?fàn)顟B(tài)下),，可分別在油箱的上部,、中部和下部各取相同數(shù)量的油樣，攪拌后進(jìn)行化驗(yàn);液壓系統(tǒng)正在工作時(shí),，可在系統(tǒng)的總回油管口取油樣;化驗(yàn)所需要的油樣數(shù)量,，一般為300-500mL/次;按油料化驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行化驗(yàn)，將化驗(yàn)結(jié)果填入油料化驗(yàn)單,，并存入設(shè)備檔案,。
4、定期清洗
控制油液污染的另一個(gè)有效方法是,，定期清除濾網(wǎng),、濾芯、油箱,、油管及元件內(nèi)部的污垢,。在拆裝元件,、油管時(shí)也要注意清潔，對(duì)所有油口都要加堵頭或塑料布密封,，防止臟物侵入系統(tǒng),。
5、定期過(guò)濾油液,、控制其使用期限
油液的使用壽命或更換周期取決于很多因素,，其中包括設(shè)備的環(huán)境條件與維修保養(yǎng)、液壓系統(tǒng)油液的過(guò)濾精度和允許污染等級(jí)等因素,。由于油液使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng),，油、水,、灰塵,、金屬磨損物等會(huì)使油液變成含有多種污染物的混合液，若不及時(shí)更換,，將會(huì)影響系統(tǒng)正常工作,，并導(dǎo)致事故。
過(guò)濾是控制油液污染的重要手段,，是一種強(qiáng)迫濾去油中雜質(zhì)顆粒的方法,。油液經(jīng)過(guò)多次強(qiáng)迫過(guò)濾，能使雜質(zhì)顆?？刂圃谝蟮牡燃?jí)范圍內(nèi),，所以對(duì)各類液壓設(shè)備需制定出強(qiáng)迫過(guò)濾油液的精度，以確保油液的清潔度,。
是否換油取決于油液被污染的程度,，目前有3種確定換油期的方法：
(1)目測(cè)換油法。它是憑維修人員的經(jīng)驗(yàn),，根據(jù)目測(cè)到的一些油液常規(guī)狀態(tài)變化(如油液變黑,、發(fā)臭、變成乳白色等),，決定是否換油,。
(2)定期換油法。根據(jù)設(shè)備所在場(chǎng)地的環(huán)境條件,、工作條件和所用油品的換油周期,，到期就進(jìn)行更換。這種方法對(duì)液壓設(shè)備較多的企業(yè)很適用,。
(3)取樣化驗(yàn)法,。定期對(duì)油液進(jìn)行取樣化驗(yàn)，測(cè)定必要的項(xiàng)目(如黏度,、酸值,、水分,、顆粒大小和含量以及腐蝕等)和指標(biāo)，按油質(zhì)的實(shí)際測(cè)量值與規(guī)定的油液劣化標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比,，確定油液該不該換。取樣時(shí)間：對(duì)一般工程機(jī)械的液壓系統(tǒng)應(yīng)在換油周期前一周進(jìn)行,，關(guān)鍵設(shè)備的液壓系統(tǒng)應(yīng)每隔500小時(shí)進(jìn)行一次取樣化驗(yàn),，化驗(yàn)結(jié)果應(yīng)填入設(shè)備技術(shù)檔案。取樣化驗(yàn)法適用于關(guān)鍵設(shè)備和大型液壓設(shè)備,。
換油時(shí),，要注意清潔，防止贓物侵入液壓系統(tǒng),，不可混用和換錯(cuò),，主要有下列要求：
(1)更換的新油或補(bǔ)加的新油必須是本系統(tǒng)所規(guī)定使用的油，經(jīng)過(guò)化驗(yàn)確認(rèn)其油質(zhì)已達(dá)到規(guī)定的性能指標(biāo),，才能加入,。
(2)為保持新油的清潔，換油時(shí)要將油箱內(nèi)部及主要管道內(nèi)舊油放盡,，并把油箱,、過(guò)濾網(wǎng)、軟管清洗干凈,。加油時(shí)油液必須經(jīng)過(guò)過(guò)濾,，對(duì)已疲勞損壞的濾網(wǎng)應(yīng)更換。
(3)加入的油量要達(dá)到油箱的油標(biāo)位置,，加油方法是：先加油至油箱最高油標(biāo)線,，開動(dòng)油泵電動(dòng)機(jī)，把油供至系統(tǒng)各管道,，再加油至油箱油標(biāo)線,，再開動(dòng)電動(dòng)機(jī)，這樣多次進(jìn)行,，直至油液保持在油標(biāo)線內(nèi)為止,。
所以在日常的使用和設(shè)備保養(yǎng)過(guò)程中，要十分注意觀察油的質(zhì)量,，避免油污染對(duì)設(shè)備造成的損害,。
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