E N T E R T A I N M E N T T E C H N O L O G Y 演 藝 設 備 與 科 技 59 演出場館建設 B舞臺工藝與設備u i l d i n g o f E n t e r t a i n m e n t S t a d i u m 前言 對于液壓或油潤滑機械來講， 確定 一個清潔度水平，且要達到計劃目標， 如同選擇泵、 閥、 調節器或軸承等一樣, 是系統設計的一部分。不幸的是當一些 系統設計者選擇一個過濾器時, 他們只 是看到了過濾器供應商的產品目錄, 卻 很少關注這種特殊系統的整體要求。為 了達到預期的清潔度，就需要選擇和配 置適當的污染控制設備, 以期消除（根 除）高達8 0 %的液壓系統的故障。 工程中液壓系統的污染控制 編譯/ 蘭州理工大學舞臺設備研究所 魏發孔 【摘 要】 液壓傳動是最可靠的并具有可重復性的動力及運動控制形式之一，為實現上述目的就要求對系統 進行精妙的設計和有效的污染控制。實踐證明，液壓系統運行中出現的問題8 0 是與污染控制不 充分有關。了解本文的內容將在很大程度上有助于設計和維護工程師獲得穩定的系統清潔度，而 這正是液壓傳動可靠運行的基礎。 【關鍵詞】 污染 磨損 過濾 清潔度 系統 【A b s t r a c t 】F l u i d P o w e r i s o n e o f t h e m o s t r e l i a b l e a n d r e p e a t a b l e f o r m s o f p o w e r a n d m o t i o n c o n t r o l . A l l t h a t i s r e q u i r e d i s c o m p r e h e n s i v e s t a t e - o f - t h e - a r t s y s t e m d e s i g n a n d m o d e r n s y s t e m i c c o n t a m i n a t i o n c o n t r o l . W h e n p r o b l e m s a r e e n c o u n t e r e d , 8 0 % o f t h e t i m e t h e y a r e r e l a t e d t o i n a d e q u a t e c o n t a m i n a t i o n c o n t r o l p r a c t i c e s . U n d e r s t a n d i n g t h i s h a n d b o o k w i l l g r e a t l y a s s i s t t h e d e s i g n o r m a i n t e n a n c e e n g i n e e r i n a c h i e v i n g t h e b a l a n c e d s y s t e m c l e a n l i n e s s t h a t i s t h e c o r n e r s t o n e o f f l u i d p o w e r r e l i a b i l i t y . 【K e y W o r d s 】 c o n t a m i n a t i o n a b r a s i o n f i l t r a t i o n c l e a n l i n e s s l e v e l s y s t e m . 編者按： 美國V I C K E R S 公司曾幾十年致力于液壓系統及元件的設計研究，還結合生產實踐并借助設備精良的實驗室，對液壓系 統的污染控制進行了專題研究。這篇文稿是該項研究的原始資料，也是液壓系統的污染控制專業指導書，研究首先指出了原 版國際標準I S O 4 4 0 6 的不足。新版國際標準I S O 4 4 0 6 - 1 9 9 9 及新版我國機械設計手冊均采用了其中的部分研究 成果，正說明它在專業上的權威性，比較有參考價值。本文根據這份資料編譯而成，擬分為三期刊發，供中小企業及設計、維 護中小劇場液壓系統的專業人員參考。 另外, 用戶的液壓系統有效成本接 近于污染控制所允許的過濾器和元件的 價格, 通過改進服務性能使其很快地恢 復、增加元件壽命，增加油液壽命，延 長運行時間和減少維修。 為了重點強調元件設計、系統設 計、過濾器性能和過濾器布置之間的相 互影響，這里推薦了指定的過濾器并指 出了系統污染控制的途徑。 本文專門定義質量、 有效成本內系 統污染控制的理論和實踐。 1 污染控制的系統途徑 為了達到有效性和經濟性相一致， 必須首先確定目標，系統污染控制的目 標總是一致的：清潔油液使其達到在系 統的有效使用期內，污染不再是任何元 件失效的一個因素。實現這個目標的第 一步是建立考慮系統特殊需要的清潔度 指標。 一旦目標已經建立，下一步是選 擇過濾器和設置其在系統中的合理位 置，使其能夠在有效成本內達到這個 E N T E R T A I N M E N T T E C H N O L O G Y 演 藝 設 備 與 科 技 60 E N T E R T A I N M E N T T E C H N O L O G Y No. 4, 2007 Accumulated No. 23 目標。這就需要懂得過濾器的性能、循 環動力學和過濾器布置。這三個因素 都是重要的， 但最后兩個因素循環 動力學和過濾器布置，往往沒有得到 足夠的重視。 我們現在能看到一些最初保持液壓 油或潤滑油清潔的高效過濾器的資料。 大多數系統都存在污染問題，其產生原 因有：缺乏對流體動力學的了解而忽視 了對過濾器的布置；系統中的過濾器在 整個服務壽命期間沒有能力維護其性能 指標。本文提出了需要處理過濾器布置 和系統動力學的指導方針。 機器運轉之后， 最終及正在進行的 步驟是確定維持中的目標清潔度。最經 常完成的是送一些油液樣品到顆粒計數 實驗室給出已確定標準的清潔度（或污 染度）代碼數。如果目標正在滿足，系 統只是需要維護過濾器并且周期性地重 測油液。如果清潔度目標不能達到，就 需要采取糾正措施。有時需要改變維護 習慣，而有時可能需要提高過濾器等級 或附加過濾器。污染控制的明智之舉是 在設計階段就考慮好如何避免短期和長 期問題的最佳措施，保證使液壓或油潤 滑機械獲得長期可靠的運行。 2 量化油液清潔度 建立目標清潔度的第一步是了解 “清潔”不是一個一般的術語而是一個 專門的定量值。液壓油或潤滑油清潔度 的當前國際標準由I S O 4 4 0 6 （注：I S O 4 4 0 6 - 1 9 9 9 液壓傳動油液固體顆粒污染 等級代號法）定義。使用被認可的實驗 室顆粒計數程序， 即確定在1 m l 油液里 固體顆粒的數量及大小（見圖1 ） 。 表1 為用自動粒子計數器計算出液 壓油樣本中的典型數據。 一旦獲得結果， 這些點被繪在清潔 度圖表上（見圖2 ） 。這個圖表有給出定 量的范圍代碼（最左邊） ，0 2 5 與顆粒 的詳細數量相符合。取得范圍代碼為大 于等于5 m 的顆粒的數量和代碼范圍 為大于等于1 5 m 的顆粒的數量并且用 斜杠連在一起所表示I S O 油液清潔度代 碼。對于樣品中的顆粒計數，大于等于 5 m 的顆粒數是8 9 個， 其代碼為1 4 ， 而 大于等于1 5 m 的顆粒數是2 2 個其代碼 為1 2 ，I S O 4 4 0 6 在1 9 9 9 前的版本中描 述該油液清潔度為1 4 / 1 2 。 由于它不提供 內部形成的小于5 m 的殘渣微小顆粒 的數量而掩蓋了重要的情況。為了彌補 這一部分， I S O 4 4 0 6 - 1 9 9 9 已經采納了擴 大代碼到相互關聯的三個范圍，即 2 m ，5 m 和1 5 m 。舉例來說，清 潔度代碼變成了2 0 / 1 4 / 1 2 。 整個這份文件我 們將用帶有三個范圍的代碼表達清潔度。 圖1 自動顆粒計數裝置 圖2 清潔度代碼圖表 圖3 污染的新油 表1 用自動粒子計數器計算出的液壓油樣本數據 以微米計的顆粒大小“X ”在一毫升試驗油液中大于“X ”的顆粒的數量 2 m5 1 2 0 5 m8 9 1 0 m4 3 1 5 m2 2 2 5 m3 5 0 m4 注：顆粒計算通常試驗1 0 m l 1 0 0 m l的油液，然后折算成一毫升。這將使結果更具有代表性。 E N T E R T A I N M E N T T E C H N O L O G Y 演 藝 設 備 與 科 技 61 演出場館建設 B舞臺工藝與設備u i l d i n g o f E n t e r t a i n m e n t S t a d i u m 3 污染源 進入油液的固體污染源有四種基本 的渠道。它們是：新添加油的污染，內 置的污染，入口污染和內部產生的污 染。其中每種污染在重點考慮布置過濾 器的時候都需要了解。 3 . 1 新添加油的污染 雖然液壓油和潤滑油是在可靠的清 潔條件下精煉的，但是油液運輸到用戶 常用的儲藏油桶或油罐時要通過許多管 路。由于運轉過程中時常卷入金屬和橡 膠顆粒以及油桶內剝落的金屬和碎片， 油液不再清潔。儲藏罐是一個確實存在 的問題, 因為水分濃縮在里面產生銹蝕 顆粒，來自大氣的污染也可以找到進入 油罐的途徑，除非安裝了良好的換氣裝 置。 如果油液在合理的條件下儲藏， 傳 輸到機器里的主要污染將是金屬、硅土 和纖維（見圖3 ） 。來自著名供應商提供 的樣品已經表明典型的清潔度為1 7 / 1 6 / 1 4 或更差。 使用一個方便移動的裝有高 效過濾器的濾油車, 在污染進入并損害 系統元件之前將污染物去除，將是一種 有效可取的措施。 3 . 2 內置的污染 新的機器總是含有一定量的內置污 染。在系統中仔細裝配并沖洗新的元件 可以減少污染，但不可能根除。典型的 內置污染是磨石、碎片、電鍍層、污垢、 灰塵、纖維、沙礫、濕氣、管子密封膠、 焊疤、油漆及洗滌液等等。 系統沖洗期間去除污染的量不僅 取決于所使用過濾器的效力，而且取 決于沖洗油液的溫度、粘度、速度和 “振蕩”的程度。除非達到高速度和高 頻繁的振蕩，否則直到系統運行時多 數污染物也不可能被清除， 因而會導致 慘重的元件故障。不管機械施工人員 執行沖洗的標準如何, 任何新油、 再生 油或潤滑油系統在空載運行期間的情 況都應該得到重視。 3 . 3 入口污染 直接來自環境的污染有可能進入液 壓動力或潤滑系統，但這種情況比較容 易監控，如同在鋼廠或汽車制造廠內的 大型裝配，雖然其變化相當大，但相對 地容易了解環境條件。例如焦碳爐運行 條件大大地不同于冷壓加工的類似系 統。對于可移動的設備, 其應用的環境 條件、 場地甚至氣候條件 （即高氣流） 都 有很大的變化。 關鍵是嚴格地限制環境污染系統的 通路。灰塵進入系統有四種主要的途 徑： 油箱通氣口、泵站系統蓋板、維修 期間元件打開時以及油缸的密封處等 （見圖4 ） 。 3 . 4 入口污染源 （1 ）油箱通風口。允許空氣進出油 箱進行交換，以補償主要由油缸往復和 油液熱脹冷縮引起的油液變化。所有交 換空氣的通風口都需要安裝屏障式空氣 濾清器。其他可接受的選擇是使用球膽 或柔性橡膠屏障，預防交換空氣接觸系 統油液的表面或防止油箱真空引起的負 壓。 （2 ）油箱口蓋板。在一些設備上， 油箱口蓋板通常是不可或缺的設計。污 染控制好的系統要求油箱的設計在運行 期間保持密封，而在維護保養時要很容 易地打開，在這方面的污染控制需要對 維護保養及維修人員進行適當的培訓。 （3 ）維護期間的侵入。無論何時一 個系統正在打開維護的時候，就有可能 使環境污染進入系統。要采取措施盡可 能地保證打開的部件被隔離或保護，重 新制作或裝配的零部件一定要在防止額 外的空氣灰塵及污染的環境中進行。 應該用棉紗或吸油的抹布將裝配后 的部件擦拭干凈，并將周圍清理清潔。 （4 ）油缸密封口侵入。活塞桿滑動 密封處在除去薄薄的油膜和來自桿部的 輕微污染方面幾乎不能設計得1 0 0 % 有 效。沾在伸出部分的環境灰塵在縮回時 被帶入缸內沖刷到系統油液中。在設計 過程中要重點對伸出部分認真考慮。當 此處的污染不可避免時，應考慮設置容 量足夠的過濾器。 3 . 5 系統污染的產生 對于系統來說最危險的污染是由系 統自身產生的。那些“硬化的”顆粒的 硬度要比產生顆粒的本體表面更硬，并 且進一步地對系統引起更嚴重的損害。 雖然所有的部件（尤其是泵）在日常運 行期間會產生少量的顆粒，但系統運行 在有適當清潔度油液下時產生的顆粒極 少。在不能很快除去顆粒的系統里，污 染級別的提高將會引起額外產生顆粒的 數量迅速增加。防止系統內部產生污染 的最好方法是以一個清潔（充分沖洗） 的系