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              液壓系統過熱的危害、原因及消缺措施
              資料梳理:成都華標企管 蔣良君

              寫在前面:方便企業設備人員掌握液壓系統過熱的原因與消缺措施,筆者研讀了與液壓系統過熱有關的書籍及文章后,結合成都華標企管的老師輔導企業的良好實踐,梳理編制了以下資料,僅供企業設備人員參考。有關參考文獻,在本文章后有注明。
              摘要: 液壓系統過熱現象會直接影響系統的工作性能,給液壓系統帶來很大的危害。液壓系統中組件機械摩擦、容積損失,油路設計不合理及未能合理選擇油液是造成液壓系統過熱的常見因素。為保證液壓系統能正常工作,必須做好消缺措施,使液壓系統的油溫保持在正常的工作溫度范圍之內。
              關鍵詞: 油溫;過熱;滲漏;危害;故障診斷;排故

              一、液壓油各溫度范圍的性質
              油液工作溫度在30 ~ 47 ℃ 為理想溫度區域,47 ~ 55℃為安全溫度區域,55 ~ 65℃為注意溫度區域,65 ~ 80℃為臨界溫度區域,80 ~ 100℃為危險溫度區域。在理想溫度區域和安全溫度區域下工作的油液,油溫適當;在注意溫度區域和臨界溫度區域下工作的油液使用壽命會縮短,必須進行冷卻,每上升10℃油液壽命縮短一半;因此應控制油溫,不允許油液在注意溫度區域和臨界溫度區域下工作。
               
              二、液壓系統過熱的危害
              從上述內容可以看出,為保證液壓系統正常工作,液壓系統的工作溫度必須保持在一合理范圍內。液壓系統中的油溫在一般情況下,正常工作溫度為40 ~ 60℃,最高不應超過70℃,否則會導致油溫過高、液壓系統過熱,致使液壓系統發生各種故障,給液壓系統帶來危害如下:
              2.1 油液粘度降低,滲漏增加并引起系統發熱系統過熱。
              油溫升高,會使油液粘度顯著下降,油液變稀,一方面使滲漏增加,流量損失加劇,損耗轉化為熱能使系統過熱;另一方面,油液變稀,系統滑動部位油膜易被破壞,摩擦阻力增加,機械損失加劇,損耗轉化為熱能,引起系統發熱,如此導致惡性循環。油液黏度下降,經過節流閥時,特性發生變化,使活塞運動速度不穩定。
              2.2 液壓系統過熱,會導致液壓系統效率降低。
              液壓系統過熱,導致液壓元件之間的配合間隙發生變化,如果間隙變小,會出現“卡死”現象;間隙變大,就會使滲漏增加,導致液壓系統效率降低。
              2.3 油溫過高,使橡膠元件老化、失效,造成滲漏。
              液壓系統中,密封元件和高壓軟管大部分使用的是橡膠材質,如果系統油溫過高,則會加速橡膠元件的老化、失效,使用壽命大大下降,降低液壓系統密封性能,造成嚴重滲漏。
              2.4油溫過高,液壓油的氧化形成膠狀沉積物,易堵塞濾油器,使液壓系統不能正常工作。
              2.5由于油溫升高出現油液氣化,使“氣蝕”現象更加嚴重,使液壓泵產生穴蝕,損壞油泵。
              2.6油溫過高使液壓油的氧化速度加決。當油溫超過55℃時,油溫每升高10℃,液壓油的使用壽命要縮短一半。
              2.7降低整個液壓系統的工作精度。油溫升高黏度下降,使油液變稀,液壓系統流量增加,滲漏量增大。由此產生液壓系統性能不穩定,液壓系統工作精度下降。
              2.8礦油型液壓油的使用溫度范圍對液壓設備和液壓油狀況的影響見下表。
              有效地控制液壓系統過熱,是液壓系統設計、安裝、調試工作中的一個重要環節。
               
              三、導致液壓系統過熱的原因及消缺措施

              3.1 液壓系統設計方面的原因
              (1)液壓系統中設計的油箱容量太小,不利于散熱,導致油溫升高,系統過熱。
              (2)按進給速度選擇液壓泵容量的定量泵供油系統,液壓泵輸出的功率有很大一部分在高壓下從溢流閥流走,功率損耗引起油液發熱,導致系統過熱。
              (3)液壓系統中沒有設計卸荷回路,當執行元件停止工作時,液壓泵不能直接卸荷,泵輸出的高壓流量全部從溢流閥流回油箱,造成溢流損耗,導致油溫升高,系統過熱。
              (4)油路鋪設不合理。液壓系統管路太細太長,彎曲多,截面變化頻繁,使管路的局部阻力加大,阻力系數可能比正常狀況大2~3倍,局部壓力損失和沿程損失大,系統效率低,液壓油產生熱量。
              (5)油箱結構不合理,開式油箱結構設計沒有設計隔板,或隔板數量太少。
              (6)油箱底沒有離開地面。
              消缺措施:
              (1)加大油箱容量,油箱底應離開地面150mm以上以利于放油、通風、冷卻和搬運。
              (2)小油箱,需要
              用一塊隔板將油箱分成兩部分,隔板的兩側放置回油管和吸油管。油經過隔板上的孔流到油箱的另一部分。若沒有用隔板將油箱分隔成兩個相互連通的空間,回油管出來含有熱量和污垢的油,還沒來的及將熱量散失掉,立即被吸油管又吸回系統。
              (3)中大的油箱
              需要幾塊隔扳,使油經過曲折的途徑才能緩慢到達油箱的另一部分,若隔板的數量太少。來自回油管的油液沒有足夠的時間沉淀污垢和散熱,將使系統累積熱量增加,油溫升高。
              (4)采用變量泵或卸荷措施
              (5)改進回路設計,加大管徑,縮短管路,應盡可能減少管路接頭的數量,減少油管的急轉彎數量,使油流通暢。 
               
              3.2 液壓油箱內油位過低
              (1)油箱內油量不足,油液循環太快,不能充分在油箱靜置散熱,引起油溫升高。油量少還容易造成氣穴、振動,加速油溫升高。
              消缺措施:
              (1)油位標識可視化。首先要確保液壓油箱中油液的高度在正常范圍內,可用不干膠對油標進行可視化標識上限、下限,以方便員工日常巡檢。
              (2)做好液壓油位的檢查。應嚴格按照企業的點巡檢標準、操作規程中對液壓油油位的規定,定期檢查(至少每周1次)油箱油位,發現油位不足,必須及時添加同牌號的液壓油至規定油位,確保油量充足。推薦參考文章《液壓系統點檢與維護實用方法》。
               
              3.3 液壓油冷卻循環系統工作不良
              (1)液壓系統中,通常采用水冷或風冷兩種冷卻方式對液壓系統進行降溫。冷卻器、油箱表面太臟、積塵,也會影響冷卻效果。水冷器附著污垢、結垢致使循環不暢,導致油溫過高;風冷器散熱片附著灰塵、油污會堵塞通風孔,流經冷卻器的油的熱量不易散發,不利于散熱,導致油溫升高。
              (2)風扇轉速太低或冷卻散熱器功率偏小,與實際應用環境溫度不匹配(特別是在高溫環境)。
              (3)冷卻油路壓力調整不當,使安全逆流閥經常開啟,一部分液壓油不經風扇馬達而從溢流安全閥回油箱,使風扇馬達轉速過低,降低了冷卻效果。
              消缺措施:
              (1)風冷式冷卻器
              a)應根據日常檢查的情況,若發現散熱器積塵,應及時除塵、清洗,去除污物,使其散熱良好。
              b)日常巡檢應查看風扇的轉速度,聽皮帶聲音,看皮帶運行的狀態,停機時檢查皮帶,根據需要調整風扇皮帶的松緊程度,視需更換皮帶。
              c)根據需要,配置更大功率的冷卻器。實例:桂林藝宇公司紙板車間五層線1#卡匝單瓦機的液壓系統,因使用環境溫度高,系統油溫過熱經常報警,成都華標企管鄢文軍老師和藝宇公司設備經理張平一起在現場診斷分析后,確定更換了更大功率的工業風冷器,改善后控溫效果良好(低于50)。
               
              (2)水冷式冷卻器
              a)應采用干凈的水,不干凈的水應配置濾水器。
              b)日常巡檢應水冷器的水流動正常。
              c)每年應對水冷器內部進行清洗除垢,確保散熱效果。應注意,用自來水冷卻的長時間會產生水垢,會對流量和換熱效果有影響,因此必須定期清洗,也可在水塔添加阻垢劑以延長清洗周期。
              d)寒冷季節使用冷卻器,停用時應盡量放盡冷卻器的水和油,避免凍裂冷卻器。
              (3)根據實際需要使用更大功率的冷卻器,條件運行,可將風冷改為水冷。
              (4)定期檢查和維護液壓油冷卻循環系統,出現故障,及時停機排故。
               
              3.4 液壓油液選擇不當
              (1)要綜合考慮液壓設備的性能和工作環境等相關因素合理選用液壓油。黏度過高或過低,若選擇不當,都會導致油溫升高。
              (2)油液黏度過高,會增加功率損失;油液流經管路及各種滲漏油道的壓力損失增大,壓力損失增大導致其在系統產生的熱量就增加,油的溫度升高較快。故有的用戶為了彌補液壓元件磨損嚴重造成的內滲漏增加而選用高黏度液壓油以期降低油液溫升速度時,其結果適得其反。
              (3)油液粘度過低,引起內滲漏增加,照樣油溫升高快。
              消缺措施:
              (1)設備若在普通環境下工作,通常采用普通液壓油即可;設備若在高溫環境下工作,應該選擇粘度大、抗燃性好的油液;設備若應用在高壓、高速的工程機械上,則應選用吸附性能強、抗磨性能好的液壓油;液壓伺服系統則應選用質地純凈、壓縮性小的液壓油。
              (2)液壓設備的運行情況與所用液壓油質量密切相關。液壓油的選用主要取決于下列各使用條件,例如:
              a)溫度(見粘度等級)
              b)設備種類(禁止使用指定的液壓油可能與金屬、密封件等起不正常反應)
              c)使用方式(如環保的液壓油)
              d)周圍環境(使用已有的液壓油)
              (3)可參考液壓油生產商的說明書,可參考國標GB11118.1-2011液壓油(L-HL、L-HM、L-HV、L-HS、L-HG)。
              (4)液壓油的選用宜按設備廠商推薦的油號及設備所處的工作環境、氣溫因素來確定,也可邀請國內專業的液壓/潤滑專業機構提供油品選型服務(具有油品檢測、監測和潤滑故障診斷能力的機構)。
              (5)對于一些有特殊要求的設備,應選用專用液壓油。如在北方冬季,最好選用低凝液壓油;當液壓元件和系統保養不便時,應選用抗磨性能好的抗磨液壓油。油的黏度對油溫影響很大。
              (6)另一方面,不可將油混用,應做好油品防污染工作,保持油的潔凈。
               
              3.5 油液不潔被污染
              (1)液壓油受污染后,會堵塞液壓元件,污染物會堵塞液壓元件進出油或其間隙, 引起動作失靈, 影響工作性能或造成事故, 還可能引起濾網堵塞, 并可能使濾網完全喪失過濾作用。油液污染可加速元件磨損,污染顆粒在液壓缸內會刮傷缸筒內表面, 加速密封件的損壞, 使滲漏增大, 引起推力不足或者動作不穩定、 爬行、 速度下降、 異常噪聲等故障現象, 嚴重影響系統的穩定性和可靠性??杉铀儆鸵盒阅艿牧踊?。
              (2)回油路堵塞。回油路及冷卻器由于臟物、雜質堵塞,壓力增高,打開旁通閥,不經冷卻器而直接流向油箱。
              消缺措施: 
              (1)液壓油品和器具,應做好防污染措施,油品牌號標識明確醒目,做好油品儲存點最基本的5S管理工作。
              (2)在加油之前必須確保加油器具潔凈,并將加油口清理干凈才能加油,加油必須過濾。(也就是潤滑中的“二潔”)
              (3)在加油時,可定期排放油箱底部的少量油。
              (4)按期更換過濾器,過濾器精度應與液壓元件匹配。
              (5)在油箱底部放強磁鐵。
              (6)若液壓系統在有粉塵或潮濕的場地運行時,可更換帶有吸濕、過濾功能的油箱呼吸帽。
              (7)換油時,應按清洗操作規程清洗油箱及液壓系統,按需更換過濾器,一定要過濾(或用濾油機加注)或更換同牌號油液。
              (8)按質換油或按期換油。定期對液壓油進行檢測,發現達到換油標準時,應及時更換符合標準的液壓油。通過定期檢查,可了解液壓油的理化指標、污染度、含水量、酸度、粘度等,確保油液的正常防止因油液變質造成液壓系統摩擦發熱的惡化。換油時,應按規程清洗油箱、更換濾芯、排空液壓泵、馬達、油缸油管殘留的油液。推薦好文及標準《一文搞懂液壓系統固體顆粒污染度等級代號》、GB/T14039《液壓傳動油液固體顆粒污染等級代號》、SH/T0476L-HL《液壓油換油指標》等。
               
              3.6 液壓系統中進入空氣
              (1)液壓系統中發生氣穴,氣泡破裂,油溫急劇升高。液壓油中混入的氣泡,當氣泡隨液壓油液運動到高壓區時,這些氣泡會受到高壓油擠壓,在高壓作用下迅速破裂,于是產生局部液壓沖擊,放出大量的熱量,引起局部油溫過高。
              (2)系統進空氣,產生空穴、氣蝕作用,導致油泵、馬達、密封材料的破壞;
              (3)產生噪音、振動和爬行現象,降低液壓系統的穩定性??墒挂簤罕玫娜莘e效率下降,能量損失增大,液壓系統不能發揮應有的效能。液壓油導熱性變差,油溫升高,引起化學變化。
              (4)液壓泵的吸油管路中,如果吸油管直徑較小、液壓泵安裝高度過高、或吸油管路中阻力較大,都會使吸油管路壓力過低而發生氣穴;
              (5)液壓泵轉速過高,吸油不充分形成真空也會引起氣穴現象。在液壓回路中,當壓力油流過節流口、噴嘴,或導管中的狹窄縫隙時,由于流速急劇增加,根據伯努利方程可知,壓力將降的很低,這時也可能產生氣穴。
              消缺措施:
              (1)為防止空氣進入,日常應檢查管接口、閥組等處的密封性能,高壓管接頭松動或油封損壞而吸入空氣。液壓系統應有良好的密封性,發現損壞的密封及時更換,各接頭應牢固,發現接頭漏油、滲油大多數是由于密封損壞或接頭磨損嚴重造成,應及時更換。
              (2)每次更換油液,要將液壓系統中的空氣排空。
               
              3.7 環境溫度過高
              如果液壓設備在高溫環境下工作,會使油溫過高。
              消缺措施:
              (1)液壓設備的工作環境溫度應與其設計時允許的工作環境溫度相符合。
              (2)可行時,可利用隔熱材料和反射板等裝置,或加強通風設施。
              (3)或增加大功率的液壓油冷卻器。
               
              3.8系統壓力調試不當
              系統安全閥限定壓力調整過高或過低,都會引起系統發熱增加,如安全閥限定壓力低,當外載荷加大時(如挖掘機挖較硬的土或其他東西時),液壓缸便不能克服外負荷而處于滯止狀態(即挖不動)。這時安全閥開啟,大量油液便經安全閥流回油箱;反之,如安全閥限定壓力過高,將使液壓油流經安全閥的流速加快,流量增加,因此熱量增加。
              消缺措施:
              合理調整系統壓力。如果液壓系統油溫過高,應查看壓力控制閥的調定值是否偏高,如果過高,降低機器工作壓力。系統壓力的調整包括先導系統的壓力和主系統壓力的調整。主系統壓力應按說明書的要求進行調整。很多設備的先導系統與冷卻風扇馬達共用一個液壓泵供油,如果系統壓力調整不當,使進人風扇馬達的油流量減少,馬達轉速降低,因此冷卻效果明顯下降。
               
              3.9 系統滲油、漏油
              (1)所采用的密封件尺寸不符合標準,導致密封不起作用?;驊?/span>密封圈材質與液壓介質、溫度不匹配。
              (2)因元件磨損失效、密封老化失效、元件質量問題等,導致液壓管接口滲油、閥組滲油、活塞桿密封滲油、液壓缸內漏等。系統滲漏,還可導致系統進空氣,產生空穴、氣蝕。
              消缺措施:
              (1)因此在選用密封件時,要選用符合標準的密封件,可參考廠商液壓系統說明書及相應的國標、行標。
              (2)密封圈的材質要與工作液體相容(參考下圖),密封圈的工作溫度要在密封材料容許的范圍內,用過的密封圈不宜再次使用。
              (3)制造和裝配因素。所有的液壓元件及密封部件都有嚴格的尺寸公差、表面處理、表面光潔度及形位公差等要求。因此要求更換液壓元件應采用正規廠家生產的液壓元件,應在滿足質量要求的情況下選擇性價比高的,而不是只采購最便宜的。
              (4)裝配前密封圈表面、零件上的密封表面及安裝密封圈的溝槽必須清洗干凈,不準粘有臟物;密封圈的唇邊和表面不得有任何劃傷,零件的密封表面及安裝密封圈的溝槽尺寸要準確、表面粗糙度要符合規定、不得劃傷或留有加工刀痕;裝配時要密封圈或零件表面上涂油脂潤滑,以便順利裝配到位,防止劃傷。
              (5)密封零部件損傷、老化。密封件是由耐油橡膠等材料制成的,由于長時間使用發生的老化、損傷,或因高壓管口密封圈庫存時間過長導致老化后安裝使用等都會引起滲漏。因此要選擇合適的密封件,延長其老化時間,發現有滲油、漏油的地方及時更換密封。對高壓管的貯存時間不能超過廠商規定的時間,時間過長,會造成老化現象。貯存期,可參考《庫房或現場存放高壓膠管的好方法》

              3.10元件磨損嚴重
              液壓系統中的主要元件很多部位都是靠間隙密封的,如齒輪泵的齒輪與泵體,齒輪與側板,柱塞泵、馬達的缸體與配油盤,缸體孔與柱塞,換向閥的閥桿與閥體,其他閥的滑閥與閥套、閥體等處都是靠間隙密封的。一旦這些液壓件磨損增加,將引起內滲漏增加,導致溫度升高,從而使油的黏度下降,因此又導致內滲漏增加造成溫度進一步升高。這樣就形成了一個惡性循環,使油液溫升速度極快,這也是很多舊的液壓機械設備溫升過快的主要原因。
              消缺措施:
              (1)及時檢修磨損過大的零部件。從原因分析中可知,液壓件(尤其是泵和馬達)磨損過甚后,內滲漏嚴重,引起發熱,甚至不能工作。據統計,在正常使用情況下,進口設備的液壓泵、馬達工作5~6年,國產液壓泵、馬達工作2~3年,磨損就相當嚴重。容積效率下降,需要進行檢修;如不進行檢修,就會出現冷機時工作基本正常,工作1~2h后,系統各機構的運動速度明顯變慢,需停機,待油溫降低后,才能再工作。若冷卻風扇馬達和供油泵磨損嚴重,容積效率降低。風扇轉速低,散熱效果差。溫度升高就快,此時應及時進行檢修或更換。
              (2)換油清洗或檢修時應做好液壓件的清潔工作。對液壓系統進行換油清洗或檢修時,需要做好保養、檢修現場的清潔工作,地面做好鋪墊,避開風口,不要使用電風扇。液壓油管拆開后及時用油堵堵上,防止臟污侵入。液壓元件拆卸后,零部件擺放整齊,故障排除后及時恢復。減少污染物的侵人,減少污染物對液壓元件磨損的影響,從而減少液壓元件異常發熱的機會。
               
              四、液壓系統過熱故障診斷與排除

              系統過熱的原因是多方面的,采用熱像儀或紅外測溫法,按照“由外至內,先關鍵后一般”的原則分析和排除系統故障。首先,檢查系統外滲漏情況,檢查油管、管接頭、油質、油量、油路堵塞情況,一旦發現故障及時排除;其次,檢查關鍵部位。
              當液壓設備出現系統過熱故障時,可借助以下系統過熱故障診斷流程來分析,并采取相應排障對策。
              熱像儀或紅外測溫法檢測液壓元件殼體(可通過檢查同工況同環境的同類設備橫向對比)→液壓系統過熱→觀察油管和管接頭→油管老化,管接頭松動→更換油管和管接頭→觀察油箱→油質不潔→過濾或更換同牌號液壓油→油液油位不足→補充同牌號液壓油→觀察油路→油路堵塞→拆下相關部件清洗油道,壓縮空氣吹通吹干→觀察系統中各元件滲漏是否嚴重→滲漏嚴重則修復或更換滲漏嚴重元件→液壓系統設計是否合理,進而改進回路設計。
              我們應從以下幾個方面做好液壓設備的日常維護和檢查工作,及早發現和排除系統的小問題,防患于未然。
              (1) 要嚴格遵守操作規程或點檢標準中對油箱油位的規定,使系統有足夠油液以進行循環冷卻。
              (2)在執行機構不工作時,應及時使系統卸荷(我們輔導企業時最常見問題如:升降機不用時沒停在底層、打包機不用時還在負荷狀態)。
              (3)經?;?/span>定期清洗冷卻裝置,讓其始終保持良好的工作狀態。
              (4)根據工作環境溫度,選用合適的液壓油:工作環境溫度高時,應選用粘度大的液壓油;工作環境溫度低時,應選用粘度小的液壓油。
              (5)夏季高溫時,設備連續運轉時間不能過長,在氣溫高于30℃條件下,通常液壓設備連續作業時間不能超過4 小時。
              (6)冬季氣溫低于10℃時,應使系統在空載狀態下運轉20分鐘,讓油溫升到規定值。

              液壓系統中溫升過高是液壓傳動中常見故障,并且較難處理,需要從設計、安裝、使用、維護等諸多環節上加以控制,學習是進步的源泉,我們要認真學習液壓傳動的基本原理, 掌握液壓故障分析與消缺方法(多看液壓專業書籍和文章,向液壓專業技術人員及老師學習), 用我們所學,解決液壓系統過熱等問題。

              參考文獻:
              [1]王九,熊云.《液壓油產品及應用》.中國石化出版社
              [2]王萍.淺析液壓系統過熱的故障診斷與排除.質量與標準. 2021 年第7 期
              [3]孫光全,董興洪.液壓油管理不善給綜掘機造成的危害及消缺措施.工程技術.2017年6月
              [4] 徐維玲.液壓油溫度過高的危害及常見原因分析.機械設計

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