液压伺服系统的污染控制

液压元件

液压系统工作压力及工作状况

伺服阀

A

B

C

D

E

比例阀

A

B

C

D

E

变量泵

A

B

C

D

E

插装阀

A

B

C

D

E

定量柱塞泵

A

B

C

D

E

叶片泵

A

B

C

D

E

压力/流量控制阀

A

B

C

D

E

电磁阀

A

B

C

D

E

齿轮泵

A

B

C

D

E

润滑系统

球轴承

A

B

C

D

E

滚子轴承

A

B

C

D

E

径向轴承

A

B

C

D

E

齿轮箱(工业用)

A

B

C

D

E

汽车变速器

A

B

C

D

E

柴油机

A

B

C

D

清洁度等级(PCC)

12/10/7

13/11/9

14/12/10

15/13/11

16/14/12

17/15/12

17/16/13

18/16/14

19/17/14

PALL过滤器滤材级别

KZ

KP

KN

KS

注：确定清洁度等级步骤。

1．在该表元件栏中，找出液压系统中所采用的元件。

2．根据系统的工作压力(bar)，在表中找出相应的方框：＞175，105至175，105；、表示更高一级使用要求。

3．方框的正下方列出了推荐的清洁度。

4．如果出现下列情况之一，清洁度向左移一栏：

a．该系统对整个生产过程的正常运行至关重要。

b．高速/重载的工作情况。

c．液压油中含水。

d．系统中寿命要求在七年以上。

e．系统失效会导致安全方面的问题。

5．上述情况如果同时出现两种或两种以上，清洁度向左移两栏。

工作压力(磅/英寸²)

＜2000

2000~3000

＞3000

液

压

泵

定量齿轮泵

定量叶片泵

定量柱塞泵

变量叶片泵

变量柱塞泵

20/18/15

20/18/15

19/17/15

18/16/14

18/16/14

19/17/15

19/17/14

18/16/14

17/15/13

17/15/13

18/16/13

18/16/13

17/15/13

17/15/13

16/14/12

液

压

阀

方向阀(电磁阀)

压力控制阀(调压阀)

流量控制阀(标准型)

单向阀

插装阀

螺纹插装阀

充液阀

负载传感方向阀

液压遥控阀

比例方向阀(节流阀)

比例压力控制阀

比例插装阀

比例螺纹插装阀

伺服阀

20/18/15

19/17/14

19/17/14

20/18/15

20/18/15

18/16/13

20/18/15

18/16/14

18/16/13

18/16/13

18/16/13

18/16/13

18/16/13

16/14/11

19/17/14

19/17/14

19/17/14

20/18/15

19/17/14

17/15/12

19/17/14

17/15/13

17/15/12

17/15/12

17/15/12

17/15/12

17/15/12

15/13/10

执

行

元

件

液压缸

叶片马达

轴向柱塞马达

齿轮马达

径向柱塞马达

斜盘结构马达

20/18/15

20/18/15

19/17/14

21/19/17

20/18/14

18/16/14

20/18/15

19/17/14

18/16/13

20/18/15

19/17/13

17/15/13

20/18/15

18/16/13

17/15/12

19/17/14

18/16/13

16/14/12

静液传

动装置

工作压力(磅/英寸²)

＜3000

3000~4000

＞4000

静液传动装置(回路内油液)

17/15/13

16/14/12

16/14/11

轴

承

球轴承系统

滚柱轴承系统

滑动轴承(高速)

滑动轴承(低速)

一般工业减速机

15/13/11

16/14/12

17/15/13

18/16/14

17/15/13

试验台

试验台的目标清洁度等级对每种颗粒尺寸应比将要试验的最敏感的条件和元件的代号清洁一档。例如，在2500磅/英寸²下试验的变量柱塞泵清洁度等级应是17/15/13，故试验台清洁度等级起码应是16/14/12

确

定

目

标

清

洁

度

等

级

步

骤

(1)用Vickers推荐清洁度代号表确定系统中各元件所要求的最清洁油液(最小代号)。从一个公用油箱抽取油液的所有元件，即便其工作是独立的或顺序的(例如一个中心泵站供给几个不同的机器)，也应看成是同一系统中的元件。压力额定值指整个工作循环期间机器所达到的最高系统压力

(2)对于其中油液不是100%石油型油液的任何系统，对每种颗粒尺寸选低一档目标代号。如，如果所需最清洁代号为17/15/13，而系统油液是水乙二醇，则目标变为16/14/12

(3)如果系统经历以下工况中的任意两种工况，则将每种颗粒尺寸选低一档目标清洁度

(a)在0°F(-18℃)以下频繁冷启动

(b)在超过160°F(71℃)的油温下间歇工作

(c)高振动或高冲击状态下工作

(d)作为过程工作的一部分对系统有关键依存关系时

(e)系统故障可能危及操作者或附近其他人的人身安全

注：1磅/英寸²＝0.0069MPa。

(1)过滤器的类型、特点及应用

表1

类型

结构式

过滤原理

特点及应用

表面型

过滤器

金属网式

过滤介质为薄层网孔，被滤除的颗粒污染物直接阻截在过滤元件上游表面

(1)过滤精度很低，容易堵塞

(2)可清洗

(3)只能做泵的吸入口过滤器

线隙式

片式

深度型

过滤器

烧结金属

过滤介质为多孔可透性材料，内有无数曲折的通道，每个通道又有多处狭窄的缩口，因此颗粒既可被直接阻截在介质表面小孔处和内部通道的缩口处，也可受分子吸附力的作用被吸附在通道内壁或粘附在纤维表面

(1)过滤精度高，能滤除的颗粒尺寸范围大

(2)纳污容量大

(3)一次性滤芯

其中以多层纤维应用最为广泛

多孔陶瓷

多层纤维

(2)过滤器的主要性能参数

表2

性能参数

说明

过滤精度

目前国际上普遍采用过滤比作为过滤精度性能指标，例如标称：β_x≥75，β_x≥100，β_x≥200，β_x≥1000

最高工作压力

指过滤器外壳能够承受的最高工作压力(MPa)

压

差

特

性

初

始

压

差

过滤器压降包括壳体压降和滤芯压降

初始压差指滤芯清洁时的滤芯压降，它与滤材及精度有关，可由过滤器滤芯压降流量特性查出，如右图实例

最

大

极

限

压

差

滤芯使用一段时间后，由于污染物的堵塞，压差逐渐增大。压差达到一定值后，便急剧增大，如右图的压差时间曲线(亦称污染物负荷曲线)，C点称为最大极限压差，此压差下压差指标器发讯，表示滤芯已严重堵塞，应该更换。对于具有旁通阀的过滤器，旁通阀的开启压力一般比允许的极限压差大10%左右［PALL则规定：T₂-T₁＝(5%~10%)×(过滤器使用寿命)］。图中A点为滤材的压溃压力，B点为滤芯骨架的压溃压力

对于吸油过滤器，为防止吸空，最大极限压差不应超过0.015~0.035MPa；对于压力油路过滤器，为减小能耗，最大极限压差通常为0.3~0.5MPa

纳污容量

视在纳垢容量：过滤器达到设定的极限压差之前，加入到过滤器试验系统中的污染物总量

实际纳污容量：试验系统中的过滤器达到设定的极限压差之前，所截获的污染物总量

注意：不能用纳污容量去预测过滤器的使用寿命，因为纳污容量受许多因素的影响且容易变化

使用寿命是指实际系统中过滤器达到设定极限压差之前的工作时间

滤芯的纳污容量及使用寿命与滤芯面积有关，如右图所示，滤芯面积比为2时，使用寿命比大于2，为2.5~3.5之间；因此，从降低运行费用的观点，适当加大滤芯面积是合算

(3)过滤器的布置及精度配置

表3

名称

功用

精度

布置图

工

作

系

统

内

过

滤

器

压力管路过滤器

(1)防止泵磨损下来的污染物进入系统

(2)防止液压阀及管路的污染物进入伺服阀块

B

1—恒压泵；2—压力过滤器；3—蓄能器；4—阀块；

5—伺服阀；6—伺服阀先导级过滤器；7—伺服缸；

8—回油过滤器；9—油箱；10—循环泵；11—冷却器；

12—循环过滤器；13—磁性过滤器；14—空气滤清器；

15—取油样阀

注：1．对于管路很长的大型系统，压力管路过滤器可能不止一个

2．精度配置举例A——2~6μm，B——6~12μm，C——12~20μm

回油管路过滤器

防止元件磨损或管路中残存的污染物回到油箱

C

空气滤清器

防止空气中灰尘进入油箱

A

伺服阀入口过滤器

拟采用无旁通阀的压力过滤器用于伺服阀先导控制阀的入口或主阀入口。以确保伺服阀的工作可靠性及性能，并减少磨损、提高工作寿命

A

工

作

系

统

外

过

滤

器

循环(旁路)过滤器

对于大型系统或重要的伺服系统配置循环泵及循环过滤冷却系统，该系统长期连续运转，用于提高系统清洁度。可取外过滤流量＝(¹/2~¹/3)主油路流量

A

冲洗过滤器

对于长管路的大型系统，利用冲洗系统对短接的车间管路进行循环冲洗，防止将管路中污染物带入系统

B

加油过滤器

即使是新油也必须经加油小车将新油过滤后加入系统

A

(4)流量波动对过滤性能的影响

表4

内容

说明

流量波动

系统中换向阀的切换、执行机构的启动或制动、缸中压缩油液的突然释放、蓄能器的快速供油，以及伺服阀的高频工作等都将使系统流量产生波动，甚至会出现瞬间流量冲击

β_x下降的原因

过滤比β_x是由多次通过滤油器性能试验测定的，多次通过试验是在稳定流量的条件下进行的

在流量波动或冲击下，被吸附截留在过滤器介质上的颗粒污染物会重新释放，导致下游污染浓度上升、过滤比下降、过滤性能变差

影响β_x下降的因素

试验表明：

(1)流量波动的频率和振幅对β_x均有影响，其中波动振幅的影响更为显著

(2)流量波动的影响主要发生在频率较低、振幅较高的区段；高频区无显著影响；低幅区基本上无影响。波动频率对β_x值的影响见右图曲线1、2

(3)流量波动对某一直径以上的颗粒的滤除能力的影响较小，甚至无影响。尺寸界限视过滤器的过滤精度而定

(4)流量波动对高精度过滤器达到极限压差的时间无显著影响，而对低精度过滤器达到极限压差时间显著变长

对策

(1)系统设计、系统调试时尽可能减少流量波动的幅值，例如换向阀加阻尼器、限定蓄能器安全阀组的开度等

(2)采用有支撑、有固结孔隙滤材的高精度过滤器，如PALLβ_x＝1000过滤器，这种过滤器的β_x值如上图中的曲线3所示

元件部件

污染控制内容

液压元件

(1)液压元件的清洁度指标应满足JB/T7858—1995要求，该标准以液压元件内部残留污染物重量作为评定指标。典型液压元件清洁度等级亦可参见右表

(2)元件在运输、存放过程中可能被污染，因此组装系统前，必须对每个元件进行认真的检查和清洗

油箱

(1)伺服系统油箱采用不锈钢油箱，并用氩弧焊焊接

(2)油箱应采用全封闭结构，以防外部侵入污染

(3)吸油腔与回油腔应加隔板，隔板上装有消泡网

(4)油箱侧面中下方应装取油样阀，以便定期取样，检验油液清洁度

阀块

(1)阀块设计及加工中，应避免出现难以清洁的流道死角

(2)流道孔加工后，必须进行去毛刺处理和严格的清洁

(3)对于伺服阀阀块，应制作循环冲洗板或用换向阀代替伺服阀进行循环冲洗

液压管道

(1)不论采用不锈钢管或普通无缝管，弯管前均按规范进行彻底的酸洗处理，酸洗过程包括：脱脂处理、酸洗、中和处理和钝化处理

(2)配管及接头采用氩弧焊焊接，焊缝部件应进行再次酸洗处理

(3)管道与接头、法兰采用对接焊，不允许套入后焊接，以避免颗粒进入缝隙难以清洗

(4)管道预装后要全部拆开，严格清洗后复装

系统清洗及总装

(1)系统预装后应全部拆除，严格清洗后进行复装

(2)系统复装后，应进行循环清洗，循环清洗时伺服阀用清洗板或换向阀代替，执行元件油口用软管短接

(3)达到清洁度等级要求后，方可装上伺服阀进行系统出厂调试

(4)出厂调试后，拆开各液压部件，运输发运前各接口应细微封装牢固，以免运输过程受到污染

内容

说明

循环冲洗类型

车间管路冲洗

对于车间管路很长的大型系统，配管后用软管将车间管路短接，采用冲洗系统(装置)供油，对车间管路进行循环冲洗

系统循环冲洗

车间管路清洁度达标后，按实际系统接入阀台、阀块、蓄能器装置及液压站，由系统主泵进行循环冲洗。如系统主泵流量不足，则应由冲洗装置供油。系统循环冲洗时，伺服阀由清洗板或换向阀代替

对冲洗系统的要求

流速

冲洗流量应足够大，使工作管路的流速大于等于8m/s

压力

冲洗装置压力足够大，大于所流过的各阀的压降与管道压降之总和

温度

冲洗装置的供油油温：60℃

振动

用木锤不时反复逐段敲打振动管道

冲洗过滤器的选择

(1)冲洗装置的供油及回油路均应装设过滤器，冲洗过滤器的滤油面积应该加大

(2)循环冲洗的前一阶段可采用精度较低的滤芯

(3)冲洗一段时间后，宜换用精度高、β_x值大的滤芯，以缩短冲洗时间。如右图所示，用β₆＝1000滤芯的冲洗时间比β₆＝20的快17倍，比β₆＝200的快2倍

内容

说明

日常检查

项目

(1)检查并记录过滤器前后压力、压差

(2)检查并记录过滤器堵塞发讯器的讯号或颜色

(3)根据需要及时更换滤芯

注意：单筒压力过滤器必须停机并卸压后更换滤芯；双筒压力过滤器可以在运行状态下切换，切换后更换滤芯；双筒回油过滤器必须在停机状态下切换，因切换瞬间回油背压会剧增

时间

新系统每日检查1次

清洁度检查

取样

从指定的取样口(参见表 过滤系统的设计中表3中过滤器布置图)定期取油样并送检

时间

新系统每月检查1次，旧系统3个月至6个月检查1次