叉車液壓系統油液污染的危害分析與維護

文/余建福（安徽合力股份有限公司研發部）

叉車液壓傳動系統通過油液來傳遞能量，因此在其設計中，考慮最多的是油液的黏度和環境溫度等特性，卻忽略了油液污染后對系統產生的危害。當油液被污染時,油液會發生變質，黏度變大，抗磨性變差，甚至產生磨料磨損，會導致叉車液壓系統油溫升高、工作遲緩、轉向沉重、制動失靈或遲緩及振動、噪聲等問題，造成液壓傳動系統故障率升高，甚至導致液壓傳動系統癱瘓，影響系統正常工作。探討油液污染的來源和危害，并提出解決辦法，意義重大。

一、油液污染的來源及形成途徑

油液被污染主要是油液中混入水分、空氣、顆粒污物及液壓元件的摩擦磨損顆粒物等，分外部污染和內部污染。

1.外部污染

（1）新油的污染。新油在運輸途中搬運、分裝、轉運及在加油過程中可能被二次污染，混入的空氣和污染顆粒物懸浮于油液中，一旦加壓就會進入油液。

（2）液壓傳動系統元件的污染。叉車的油缸、多路閥、轉向器及管接頭等元件在裝配前沒有清洗干凈，殘留了鐵屑、焊渣、毛刺等顆粒；元件清洗完后沒有進行烘干處理，殘留了水分；元件清洗完烘干處理后沒有進行屏蔽處理，暴露在空氣中，被空氣中的水分、污染物二次污染；元件在裝配過程中沒有做好防護處理，裝配過程中被污染。

（3）空氣中的水分和灰塵的污染。當系統運行時，空氣中的水分和灰塵會通過液壓油箱的呼吸器進入系統，也可能通過磨損的密封件進入系統，加壓后污染油液。

2.內部污染

（1）系統元件磨損產生的顆粒物。油缸在工作過程中，密封件跟缸筒摩擦產生的磨屑，多路控制閥的閥芯跟閥體摩擦產生的磨屑，齒輪泵的齒輪旋轉跟泵體摩擦產生的磨屑，轉向器的閥芯、閥套及閥體摩擦產生的磨屑，油箱、濾油器及管接頭內壁在壓力油液的作用下產生的磨屑，這些都是系統污染顆粒。密封件的老化及液壓膠管的老化也會產生碎屑和膠狀顆粒物。

（2）油液變質。液壓油中的氣泡潰滅時近似于絕熱壓縮狀態，會出現局部高溫,甚至會使油液燃燒，導致油液中各種添加劑遭到破壞，產生游離碳、酸質和膠泥狀沉淀物，造成油液發黑，加快油液變質。

（3）系統維護保養過程中形成的顆粒物。叉車液壓傳動系統維護保養中更換濾芯和液壓油、清洗油箱，維修過程中拆裝液壓油缸、閥等都會使固體顆粒、水、空氣、纖維等進入液壓油中，污染油液。

二、油液污染對叉車液壓傳動系統的危害

無論是內部污染還是外部污染，按照污染物分，主要是顆粒物、水和空氣的污染。

1.空氣污染的危害

（1）形成氣- 液兩相流。流動的油液混入空氣會形成氣- 液兩相流，使得油液的體積彈性模量劇減、剛性降低, 造成系統反應遲滯，嚴重危害叉車系統工作的可靠性，引發門架起升無力、油泵壓力不足、自動控制失靈、門架產生間歇運動、爬行現象、轉向重等問題。

（2）發生“氣蝕現象”。油液中混入空氣，形成氣泡，氣泡在壓力波作用下，發生“氣蝕現象”，導致局部溫度急劇升高，叉車油缸活塞、缸蓋，多路控制閥閥芯、閥體，管接頭等處密封圈碎裂或燒壞，造成油缸、多路閥、管接頭等內泄或外漏油?！皻馕g”使叉車元件的金屬壁面反復受到劇烈沖擊造成疲勞破壞，從油液中游離出來的空氣中所含的氧氣具有較強的酸化作用,加快油液變質，逐漸腐蝕零件表面，嚴重時剝落成小坑，呈蜂窩狀，使元件的工作壽命降低。

（3）產生“氣穴現象”。油液中混入空氣會產生“氣穴現象”，即氣泡隨著油液運動到高壓區時，在周圍壓力油的沖擊下，其體積迅速縮小直至潰滅。氣泡壓縮過程中，在高壓作用下一瞬間局部壓力的急劇升高，以壓力波的形式向四周傳播，產生強烈的振動和噪聲。

2.水污染的危害

（1）氧化油液。油液被氧化后，會生成酸性物質，致使油液變質，產生黏稠沉淀物，造成叉車液壓傳動系統的齒輪泵的穴蝕和腐蝕，多路控制閥的閥芯卡滯、動作失靈、控制混亂。

（2）乳化油液。油液被乳化后，黏度增大、油性降低，溫度上升，致使閥芯、閥體、油缸缸筒、活塞及密封件表面油膜強度降低，磨損加速，表面發生銹蝕；油液被乳化后，其性能下降，易跟其他臟污生成黏性物質，堵住油路，導致閥芯卡滯，油液工作系統癱瘓，損壞液壓元件。

（3）產生氣蝕、氣阻。水發生汽化，在油液中容易產生氣泡，甚至局部產生高溫，發生氣蝕；假如水的含量無法控制，有可能引發氣阻現象，造成系統工作癱瘓。

（4）水解油液。油液中各種添加劑基本都是有機化合物，遇到水就會發生水解，有些添加劑一旦遇到水就會沉淀，有些添加劑溶于水，就會從油液中分離出來。這會使添加劑失去原有的性能，生成有害的臟污污染油液，影響系統的工作性能。

（5）腐蝕元件。水能使液壓元件產生銹蝕，銹蝕產生污染顆粒，水和污染顆粒相互作用，使油液的壽命大大縮短，造成液壓元件零部件表面腐蝕脫落，嚴重影響了系統的正常使用，甚至造成重大的機械事故。

3.固體顆粒污染的危害

固體顆粒污染是油液最常見，也是危害最大的的污染，液壓傳動系統約70%的故障都是由它引起的。不同尺寸的固體顆粒危害不同。

（1）大顆粒的危害。大顆粒通常指20 μm 以上的顆粒，它對叉車液壓傳動系統的污染是災難性的，會導致叉車液壓傳動系統失效，多路控制閥、轉向器、制動閥、齒輪泵及安全溢流閥等卡死，系統無裝卸、無轉向、無制動等功能，叉車工作癱瘓。

（2）小顆粒的危害。小顆粒一般指大于1μm小于20μm的顆粒，油液中較小的污染顆粒，部分是油液中原有的，還有部分是大顆粒經摩擦后破碎而形成的。這些顆粒的粒徑雖然小于部件的設計間隙，但長年研究發現，較小的污染顆粒會隨著設備的運行，在壓力、溫度及油液的黏度作用下，重新聚集成大顆粒，對部件表面再次產生磨損，由此形成了磨損鏈反應。這樣惡性循環給設備部件造成更多、更大的磨損，堵塞油路，同時嚴重破壞油液黏度，對潤滑油在部件表面產生的油膜也會造成破壞，降低設備的潤滑能力，增加設備功率的內耗，影響設備正常工作效率，使其運行費用加大，甚至會導致系統突發失效。

（3）微小顆粒的危害。微小顆粒通常指小于1μm 的顆粒。這些極細小的顆粒懸浮在油液里，能沉積和黏附在閥芯、閥孔、閥套、缸筒等的表面，最終導致間隙減小，運動部件發生黏滯、擦傷和失效。這些氧化顆粒所造成的表面沉積和形成的油膜，可對多路控制閥、轉向器、制動閥的閥芯與閥套等間隙很小的零件造成很大危害，長時間運行就會損壞這些零部件。

三、減少油液污染的方法

1.減少外部污染的方法

（1）清洗。叉車液壓系統的各種管接頭、液壓元件及輔助液壓元件等，裝配前必須經過嚴格清洗，液壓油箱最好進行酸洗、清洗，然后進行屏蔽處理等保護，防止臟污進入。整車組裝后，最好用工作油液進行沖洗，有效去除組裝產生的污染物。

（2）屏蔽保護。對于液壓油箱呼吸器，最好增加防污染裝置，防止被外部污染物污染，并定期檢查、定期更換，保證有效防污染。液壓元件的拆裝更換時，最好在無塵區拆裝，在非無塵區拆裝時一定要加屏蔽保護。

（3）液壓油箱安裝吸回油過濾裝置。根據系統要求，選擇適當精度的過濾裝置，定期檢查，定期更換。

（4）控制好系統工作油液溫度。系統工作油液溫度一般不超過70℃，以避免加速油液氧化變質。

（5）定期檢查、更換油液。根據液壓維護說明書要求，定期檢查、更換油液。更換油液時，最好清洗油箱、管路及液壓元件等。

（6）更換或過濾整車測試油液。整車測試完成后，最好更換新的油液或用專用過濾設備，去除油液中的污染物。

2.減少內部污染的方法

（1）合理設計叉車液壓油箱結構，避免產生油液污染。設計油箱時，盡量加大油箱體積，盡量使油箱的水平截面積大于垂直截面積，油箱中盡量設置隔板等來延長油在油箱內的停留時間，留出油液容量五分之一的空氣容量，使氣泡靠自身的浮力而自行浮至油面，通過透氣裝置排入大氣中；系統回油鋼管應設計成45°斜口，其斜口應插入最低液面以下，斜口面向箱壁，減緩液壓油液流速，離箱底距離大于管徑的2～3 倍，防止油液飛濺產生氣泡；油箱進、回油口之間的距離設計得盡量大些，防止回油飛濺沖擊油液產生氣泡，氣泡來不及消失就被吸入泵內進入系統；透氣裝置的額定透氣量一定要大，一般要大于系統工作泵流量的1.5 倍，如果透氣流量不足，會形成真空，油泵吸油不足，空氣會混入工作系統；合理設計吸油過濾器，使得其過濾精度在40～100μm；油箱回油濾油器選用精濾器，額定流量盡量選大些，過濾精度在10～20μm，一般可安裝在油箱的側面或頂部，必須保證過濾器油液的出口始終在液面以下，以防產生氣泡。

（2）工作齒輪泵的吸油管路要盡量短、直，減小吸油阻力，防止吸空，形成真空。管路管徑要滿足推薦流速的要求,避免產生氣穴。

（3）合理設計門架下降限速閥，防止叉車門架的下降速度過快、供油不及時而在油缸活塞附近產生氣穴。

（4）在門架起升活塞油缸上合理設計通氣塞或透氣閥，便于放氣和透氣，防止油缸內產生氣穴。

（5）采用消泡性好的工作液壓油，或在油液中適當加入消泡劑，使油箱油液中的氣泡很快上浮而消失。

（6）液壓油泵的連接部位應嚴格密封，防止空氣吸入油泵內，形成氣泡。

（7）油箱底部合理設計磁鐵塊，以便吸附系統磨損產生的微小金屬顆粒，防止顆粒進入工作系統。

四、結語

叉車液壓傳動系統的油液污染，不管是內部污染，還是外部污染，都是難以完全避免的，要想完全消除其對液壓傳動系統造成的危害不可能也不現實。但正確認識油液污染的危害和產生油液污染的主要途徑, 在液壓傳動系統設計中盡可能采取有效的技術手段加以防范, 盡量減少油液污染的產生并將其可能造成的危害降到最低，是十分必要且完全可能做到的。