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维持、提高油液清洁度以延长液压系统元件寿命
Date:2014-11-5

专家译文  

 

维持、提高油液清洁度以延长液压系统元件寿命

作者:布伦达·凯西

  许多因素能减少液压元件的工作寿命。油液中的污染颗粒是其中一个主要问题。为了避免污染颗粒缩短设备元件的寿命,首先必须确定一个合适的油液清洁度作为标准,并以此为基准持续维持油液的清洁度。

 

颗粒污染以及其导致的后果

油液中的污染颗粒加速系统元件的磨损。元件磨损的速度取决于系统元件的间隙、油液中污染颗粒的大小、数量和系统压力。通常液压元件的间隙如表1.1所示。

表 1.1

设备名称

内部部件间隙(μ)

齿轮泵

0.5 – 5.0

叶轮泵

0.5 – 10

活塞泵

0。5 – 5。0

伺服阀

1。0 – 4。0

控制阀

0.5 – 40

线性控制

50 - 250

大于元件间隙的污染颗粒并不造成直接危害。而间隙颗粒极易造成元件磨损。元件的侵蚀磨损、研磨磨损主要是由小于间隙尺寸的污染颗粒造成。小于5μ的污染颗粒是一种高强的研磨剂。如果累积到一定数量,这些看不见的“小颗粒”能迅速的磨损、损坏液压元件。 
污染颗粒定量法 
油液中总是存在污染颗粒,即使是新油。我们关心的是这些污染颗粒的粒径、及数量。根据不同的液压系统,来确定“可接受的油液污染度,或者说油液清洁度”。表1.2,液压系统油液清洁度要求。

 

表1。2


液压系统种类

 

(推荐)最小洁净标准

(推荐)最小过滤标准μ (βχ ≥ 75)

 

ISO 4406

NAS 1638

SAE 749

航空

13/10

4

1

2

伺服

14/11

5

2

3-5

高压 (250–400 bar)

15/12

6

3

5-10

常压 (150-250 bar)

16/13

7

4

10-12

中压 (50 -150 bar)

18/15

9

6

12-15

低压 (< 50 bar)

19/16

10

-

15-25

大间隙

21/18

12

-

25-40

ISO 4406:1987采用两组数值来定义油液污染度。第一组数值指:每100毫升油液中大于5微米的颗粒数量;第二组数值指:每100毫升油液中大于15微米的颗粒数量。 
  颗粒数量的数值是以2的幂数来表示的。例如,清洁度15/12表示每100毫升油液中大于5微米的颗粒数在214 (16,384个) 到215 (32,768个)之间,大于15微米的颗粒数量在211 (2,048个) 到212 (4,096个)之间。修改板的ISO 4406:1987,还包含2微米的颗粒计数。 
确定目标洁净水平
例如,假设我们有一个常压液压系统,根据表1.2所示,该液压系统的油液清洁度应达到或优于ISO 4406: 16/13。目标清洁度确定后,下一步是定期检测在用油液的清洁度,以确保液压系统的油液持续维持或优于此目标清洁度。 
测试油液清洁标准 
现在有两种检测油液清洁度的方法。第一种是把油液样品送到实验室分析,检测报告包含油液状况的详细信息,及检测项的目标值或者警告值,见表1.3。

 

表 1。3


环境分类

建议或警报

油液清洁度

应达到或优于目标清洁度 (ISO 4406)

磨损度

(Al) 5 ppm, (Cr) 9 ppm, (Cu) 12 ppm, (Fe) 26 ppm, (Si) 15 ppm

粘度

新油液± 10 %

水含量

< 100 ppm

总酸值 (TAN)

新油液+ 25%

添加剂水平

新油液− 10%

另一种检测油液清洁度的方法是采用便携式的颗粒计数器。可以立即检测出油液的清洁度,但它不能完全代替实验室分析,因为它不能检测磨损度、粘度、含水量以及其他有用的检测项目。但如果两种方法同时使用,就能减少实验室分析的次数。
不管采用哪种方法,取样瓶必须清洁。如果从不同的系统中取样,注意不要交叉污染油液,也不要在排油口处,或静止的油液处取油样,否则检测结果会有偏差。最好,当液压系统工作时,在回油管路上取油样,或在回油过滤器的上游端取油样。 

达到目标清洁度 
回到上述事例,假设我们在系统中所取油液的清洁度检测结果为:ISO 4406:19/16。这已经远远超过我们的目标清洁度ISO 4406:16/13。此清洁度的油液将缩短液压系统元件的工作寿命。所以我们要解决油液污染问题。 
如表1.2所示,油液清洁度与系统中过滤器精度的对应关系。此外,需要核实系统现有的过滤器的实际过滤效果。首先,详细解释一下过滤精度与效率。 
液压过滤器精度与效率 
液压过滤器是按照滤除污染颗粒的粒径和效率来界定。过滤效率可以表示为颗粒大小(χ)的比值(β),或者是百分比。过滤器的β值和对应的效率百分比如1.4所示。

表1.4


过滤器β比率与百分比换算

β

%

β

%

β

%

2。0

50.00

5。8

82。76

50.0

98。00

2.4

58。33

16.0

93。75

75。0

98。67

3.0

66.66

20.0

95.00

100。0

99.00

4。0

75.00

32.0

96。875

200.0

99.50

过滤器通常根据绝对比率或者是名义上比率分类的。按绝对过滤分类的过滤器在指明大小的颗粒上功效可达98%或者更好 (βχ≥ 50.0),按名义分类的过滤器在指明大小的颗粒上功效可达50%-95% (βχ2.0 - βχ20.0)。 
这可能让人模糊,但是要记住为液压设备购买过滤设备时,10微米的绝对过滤器与10微米的名义过滤器区别会非常不同。 
核查过滤器性能 
根据表1.2,若要油液达到清洁度ISO 4406:16/13,液压系统中至少有一个精度10微米、效率98.67%(β10 ≥ 75)的过滤器。如果检查现有的过滤器,发现没有满足此要求的过滤器,那么只有改用高质量的过滤器,或者是降低目标洁净度(后者,将使液压元件过早损坏)。 

不要想当然的认为系统中现有的全流过滤器能被更高精度或更高效率的全流过滤器所取代。这样做可能导致油液经过全流过滤器的压力损失加大,结果过滤器不再满足系统设计的流量要求。如果出现这种情况,过滤器的旁路阀将会打开,导致过滤失效。为现有全流过滤器升级滤芯前,按照滤芯过滤面积,精度与效率,查看油液粘度、流量、压降曲线图,进行选型。或者,更简单可行的方法是,给该液压系统加装一个高精度的旁路过滤系统,来解决系统油液清洁度问题。 


识别油液过度污染原因
回到例子中,我们假设系统的回油过滤器,绝对精度10微米 (β10 ≥ 75)。根据表1.2,我们的目标清洁度ISO 4406:16/13,用现有的过滤器应该可以实现。那么如何解释油液仍然被高度污染呢? 


江苏快3走势图 如果我们刚开始进行主动性维护计划,这个高污染可能是长时间没有更换滤芯造成。如果这个系统有油液清洁度检测历史记录,并且上一次检测结果合格的话,那么我们需要查找超过过滤器负荷的不正常的污染源。请注意:污染颗粒可以由内部产生或者是从外部浸入。 

核查油液分析报告的磨损度。分析报告能指出内部产生的污染是否处于正常范围。如果磨损度超过警告值,那么说明系统中某个元件已经开始发生异常磨损。任何能产生金属磨粒的元件都需要检查、确认和更换。 


外来污染物通常是通过油箱的空气呼吸器或者油缸的活塞进入系统中。检查油箱的密封,及空气呼吸器的绝对过滤精度是否达到或优于3微米。如果油箱密封不好,或者空气呼吸器过滤精度不够,灰尘极易进入油箱。

 
检查所有油缸的活塞杆表面有无蚀点、凹痕、划痕和活塞杆防尘圈密封。损坏的活塞杆或者活塞杆防尘圈密封都可以使灰尘由此进入油缸,污染油液。

 

过滤液压系统的油液 
下一步是更换系统中所有的过滤器。因为我们现有的过滤系统清洁标准ISO 19/16离我们的目标还差很远。这就必须让液体在油槽中通过外部过滤器形成回路循环,或者理想的说直到达到目标清洁标准。有一种设备通常被称作过滤机推车,它一般都是将电泵和过滤装置安装在一个小推车上。用排油方式过滤。 
这样做的好处是在更换过滤器之前让系统得到一个较洁净的工作环境。这样新过滤器就不用清洁液体,它们只需要维持液体的洁净。 
如果没有足够的财力购买一部推车或者没有必要购买,可以在这时购买2个替换滤材。立即安装第一个并在工作20-50小时以后更换第二个。意思就是第一个起到清洁的作用,第二个则是保持清洁为主。不论使用哪种方式,油液的清洁标准应该在工作50小时以后检测一次以确保是否达到目标洁净程度。 
油液状况监视的益处
监控和维持油液清洁度包括持续的周期性检测油液以及矫正措施。下述事例,说明周期性监测油液的益处、重要性。 许多年以前,我在一个大型生产企业负责主动性维护计划项目。这个厂的设备一天工作24小时,一周工作7天。生产过程各环节的关联性非常高,只要有一台设备出现故障,整个生产就完全停工。 结果,非计划停机维修给企业造成非常大的生产损失。作为主动性维护项目的一部分,车间里30多台液压设备的油液状况需要严格监控。

 
有一天,当我分析最新的油液报告时,我发现有一台设备油液分析报告中的铬含量超标。调查发现铬磨损颗粒来自于已经开始异常磨损的大油缸。问题变的严重,当检查备件库存时,发现没有此备件。订货周期需要几周。 

 

早期的报警,使得提前购买油缸备件成为现实,并在计划停机维护时,更换油缸。这样就避免了非计划停机损失。公司由此深信主动性维护计划的价值。

 

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