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全方位实施系统污染控制
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      提高系统的可靠性和寿命除强度和磨擦副的合理设计以外,强化污染控制技术在各生产阶段的推广是重要途径。
一、污染控制设计要求
      一个系统或一个附件使用性能的好坏,主要是取决于设计的好坏,材料选择和结构设计各环节都是很重要的。
      1、首先是选择与各种材料相容性好的工作介质,如果介质的粘温特性、相容性、酸值、抗磨性、抗剪切性、热稳定性不好,就会引起系统磨损加剧,腐蚀严重,使系统提前失效。
      2、结构设计中应贯彻提高附件污染耐受度原则,应合理的选择间隙和最小孔径,尽可能降低因污染所能引起的严重后果。
      3、油液中固体颗粒的净化,是系统设计时不可忽视的重要内容,首先是装机滤油器的参数选择和配置广方案,其次是采用地面净化装置定期净化。
      (1)滤油器及主要参数
      将系统工作中自身生成的和外面侵入的各种固体污染物从油液中清除,最普遍使用的方法就是过滤。滤油器中的过滤元件有以下几种:金属编织网式、绕线式、合成纤维式、纸芯式和烧结式。金属编织网式、绕线式可以经过清洗后重复使用,纸芯式和烧结式是不能经清洗后重复使用,必须定期更换。
      滤油器的主要技术参数:
      A.过滤精度    绝对过滤精度是反映滤油器网孔最大直径为多少微米,也是反映该滤油器对不同尺寸颗粒的滤除能力。它是选择滤油器时第一个重要的参数。它决定着系统油液污染度水平的高低。一般来说滤油器精度越高,则系统的污染度等级也就越低。但是到目前为止,尚没有滤油器精度与油液污染度水平的对应关系,问题太复杂,因为无论是表面型还是深度型滤油器都没有可能100%的将大于该精度尺寸的颗粒截住,都有穿过网孔的机会,而随着堵截量的增大和系统压力流量的波动,又都不同程度的将污染释放到滤油器的下游,所以过滤精度也是个不断变化的参数。当前对于较高精度的系统应选择不低于5um精度的滤油器。
      B.过滤比(βx值)    过滤比是评定滤油器过滤精度的另一个重要指标,是反应过滤器对不同尺寸固体颗粒的过滤能力,过滤比β的定义是滤油器上游加入的某一尺寸的污染粒子数除以下游仍存在的该尺寸的粒子数。
      对于当前过滤比βx指标的疑义
      现行的过滤比的指标是滤油器生产研制单位为检验过滤器性能,在特定的试验条件规定、特定的试验方法而规定的精度指标;实践证明,这一指标越高也确定表现出净化能力越好;但是这一指标没有表征该滤油器在系统工作中的真实净化效果。现行过滤比定义为βx=Nu/Nd,即上游单位液体容积内大于某给定尺寸的污染颗粒数与下游单位液体内大于同样尺寸的污染颗粒数的比值,假如过滤比为75,即上游是下游同样尺寸的污染物数量的75倍,而75倍可以跨越NAS1638的6个级别,这就说明只要有一次通过即可以降低6级,可以从NAS1638的12级降低到6级,这是从来没有过的事。
      C.压差特性    当有液流流过滤油器时,由于自身的阻力在滤油器两端总是形成压差。压差特性也是衡量滤油器综合性能的重要指标。它是流量、油液的粘度、孔径尺寸、通道的形状和总过滤面积的函数。选择滤油器除精度、过滤比以外,还要求在额定流量下压差越小越好。则在过滤材料和油液牌号确定的条件下,过滤面积越大压差越小,而过滤面积越大,滤油器体积也越大,除安装空间受限制以外,造价也越大。在工程机械中选用滤油器,一般在额定流量时吸油阻力△P<0.01MPa,高压油滤阻力△P<0.1MPa。
      D. 纳污容量    该纳污容量是滤油器进出口达到极限压差时加入的污物总量,叫视在纳污容量是衡量滤油器使用寿命长短的重要指标,在保证精度和压差特性的条件下纳污容量越大越好。容纳的污染物越多说明可以达到极限压差的时间越长。
      综上所述,机载系统工作中的净化主要是采用滤油器,不同精度等级的滤油器可以满足不同净化水平要求的设备。但是滤油器仍然存在许多不足之处,当油液粘度一定时,精度超高,压差越大;如增大纳污容量,势必加大体积,结构空间受限制;深度型滤油器性能好,但是不能清洗重复使用,需经常更换备件;另外,滤油器多数有旁路安全阀,以防压差过大,但在低温大流量时易出现安全阀开启,则出现大量污染物进入系统,为使用维护工作带来困难。这些都是选择滤油器时必须综合考虑的问题。
      (2)滤油器在系统中的配置
      滤油器配置在液压泵出口和总回油路,有时也在油泵进口处配置粗滤网,这是尽人皆知的,但是该问题也应慎重对待,不同部位应采用不同参数:根据使用经验,降低液压油箱中油液的污染度,是减少污染物生成是为有效的手段;建议提高回油滤精度,增加纳污容量是最为重要的参数。对于较为精密的系统,高压与回油滤过滤精度为5um较为理想。如果是非行走机械设置在厂房内的系统,采用油箱自身旁路循环净化最为有利。
      4、热设计
      在液压系统设计中热设计是不可忽视的重要方面,忽视了热平衡温度,将会在产品的使用中带来无法克服的困难。热也是液压系统的污染,可称之为能量污染,也需要在系统设计时采取控制措施,提高系统总效率,尽可能减少生热环节,对于不可避免的生热,应采取有效的措施散发出去,使系统温度保持在与液压油和非金属材料相匹配的水平上,否则将会引起胶圈损坏、油液变质,系统到处漏油以及损坏液压泵等故障。
      5、推广采用闭式油箱
      (1)采用闭式油箱的必要性
      液压油箱中的油液与空气直接接触,即开式油箱,是外界污染物进入液压系统的主要渠道,尽管开式油箱都加“呼吸器”阻挡空气中灰尘进入,但是这种滤网起到的作用仍然有限,因为对系统危害最为严重的固体颗粒是5~15um的尺寸范围,空气呼吸器对它的堵截作用很小,此等尺寸的固体颗粒,尤其是硬度很大的SiO2、Al2O3等氧化物,跨接与摩擦副之间,对摩擦副的磨损最为严重,也可以与油混合在一起造成淤积或卡死滑阀,引发突然故障。
      另外,大气中的水分和空气都通过开式油箱进入系统,它的危害在前面已经阐述。
      采用闭式油箱,隔绝油液与大气的通道,是堵截污染物侵入系统的有效方案。
      (2)关于采用闭式油箱的排气问题
      采用闭式油箱是液压系统设计的方向,它隔绝了空气和空气中的固体污染物及水分;但是也存在着一旦空气进入系统中排除就困难的问题。以飞机为例,当前的军用飞机都采用闭式油箱,为保证液压泵进口瞬间提供足够的流量,油箱必须增压,即使在地面停放时,油箱也有增压压力,例如:不同增压方式有0.02~0.12MPa的表压力,此种压力时空气的饱和溶解度约为12~22%,让你那样即使在地面停放时,通过油条放气活门排气,也只能排除比12~22%多余的空气,所以有资料介绍闭式油箱的系统含空气量超过30%。
      鉴于此,采用闭式油箱的液压系统,除应设置排气活门以外,还必须采用地面净化装置,定期连网净化,地面净化装置的油箱通大气,才能将系统的含气量排除到小于10%进而达到6%的含量。
二、污染控制工艺要求
  一个良好的污染控制设计方案也必须有一个良好的工艺手段予以保证才能取得满意的效果。杜绝系统先天污染完全取决于工艺过程的保证。
      1、零件加工阶段应有合适的光洁度和锐边倒圆,以防微粒的剥落;在工序转移阶段应有严格的清洗手段,并经过检验合格后,才能采用合适的包装方式转移到下道工序。
      2、在装配阶段应有清洁的装配环境,装配间应有污染度等级要求,设置能滤出空气中污染物的通风设备;操作人员衣着应有防尘措施。产品装配完成后应经过严格的清洗,先在清洗试验台上进行磨合运转,以除掉先期可剥落的粒子,试验台应设置合适的过滤装置,过滤精度应与元件的间隙匹配,以保证元件出厂能达到要求的污染度指标。
      3、管路的净化程度是影响系统先天性污染水平的重要环节,在系统安装前先对导管内腔严格净化,净化后包装保管。焊接的应注意清除氧化皮。
      4、检测设备:为能随时掌握不同阶段液压油的污染度指标,油液污染度检测手段是必须的;当前国内外的检测设备较多,有显微镜法、显微镜样板对比法、称重法、自动颗粒计数法等。如果没有仪器保证而只用目测办法检查污染度是绝对不行的,因为人的视力只能观察到>40um的颗粒,而实际油样的污染粒子占比例最多的是15um以下的,所以为保证一个清洁系统的实现,符合精度要求的检测手段是必不可少的。
三、污染控制使用维护要求
      一个设计和制造都很优良的机械,如果没有与之相应的维护水平,则该种机械也不会发挥出自己的应有水平,维护水平包括两个方面,一是人员素质,是指维护人员应经过污染控制的基础训练,对污染的危害以及维护中应注意哪些内容都应有清楚的认识。第二是应具有相应的净化设备,没有相应的净化设备是无法达到净化水平的要求。
      1、维护设备
      系统的加油、清洗和调试,常常与其他维护设备相连接,这些维护设备如果不进行污染控制,必然带入系统。为防止维护设备污染系统,目前各国都要求维护设备的污染度水平低于系统的污染度水平至少一级。
      2、各种附件试验台
      系统中的各种元件故障后返厂修理,修理后必经性能试验台测试,即使装配前有良好的清洗工序,而试验台达不到污染控制等级要求,也同样在试验后有许多污染物进入元件,装机后对系统产生不利影响。这就是为什么有的元件刚刚返修几天就又出故障的原因。
      3、维修和加油
      在系统维修和更换元件时,系统要排油、元件拆下来、换上新元件、再注入新油,这一过程有许多机会把污染物带入系统中,例如元件拆卸后,管路端头保护不好,甚至不保护,这时雨水、砂尘等许多污染物会进入系统。
由于当前液压油的标准中大多没有污染度指标要求,所以出厂的液压油污染度都比较严重,不要认为新油就是清洁的,所以,向系统加入的液压油,必须先经过净化,达到符合加油标准时才可以加到系统中去。
      4、提高使用维护人员的技术素质
      提高使用维护人员的素质是至关重要的,是减少污染物侵入系统的重要因素;使用人员必须经过培训,性得污染控制对安全工作和延长设备寿命的重要性,否则任何机械都是在大自然环境中,尤其是行走机械,风、砂、雨、雪都无法避免,必须依靠提高使用人员的素质,在不同的环境条件下,发挥主观能动性,采取可能的措施,防止污染物侵入,保护系统清洁。

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