液压油在液压系统工作介质污染度标准.doc

液压油在液压系统工作介质污染度标准
   液压油用于液压传动系统中作为工作介质，起能量的传递、转换和控制作用，同时还起着液压系统内各部件的润滑、防腐蚀、防锈和冷却等作用。而液压系统中的密封件起着防止流体从结合面间泄漏、保持压力、维持能量传递或转换作用。
   目前国内外使用的密封材料大部分是高分子弹性体，一些特殊条件下也有使用塑料及各类金属。但不管属于哪一种材料，都应具有下列性能：
    1、具有一定的机械物理性能：如抗张强度、拉伸强度、伸长率；
　　2、有一定的弹性、硬度合适，并且压缩永久变形小；
　　3、与工作介质相适应，不容易产生溶胀、分解、硬化；
　　4、耐磨，有一定的抗撕裂性能；
　　5、具有耐高温、低温老化的性能。
    然而，没有任何密封材料包括上述全部性能，需要根据工作环境，如温度、压力、介质以及运动方式来选择适宜的密封材料，并通过制定材料的配合配方来满足一定的要求。或者采用两种以上材料复合或组合结构的形式发挥各自的特长，达到更加全面的效果。
    密封效果的形成：动密封分为非接触密封和接触密封。非接触密封主要是各种机械密封，如：石墨填料环、浮环密封等；橡塑复合密封件和橡塑组合密封件均属于接触密封，依靠装填在密封腔体中的预压紧力，阻塞泄漏通道而获得密封效果。液压系统用的密封件多为静密封(端面密封)、往复动密封(活塞、活塞杆密封)及旋转密封。
    影响密封效果的因素：密封结构的选择和油膜形成、压力、温度、材料的相容性，动密封所接触工作表面的材质、硬度、几何形状、表面光洁度等。
     一、常用的耐介质性能优异的密封材料主要有：丁腈橡胶、硅橡胶、氟橡胶、三元乙丙橡胶、聚四氟乙烯、聚氨酯橡胶、丙稀酸酯橡胶等
     二、密封材质与液压油的相容性  
     液压油的颗粒污染来源之一是密封件材料与液压油不相适应而产生的“碎屑"或“磨屑"。密封件因被液压油“溶涨"被损坏而产生的“碎屑"或被液压油“抽提"出来的未被高分子材料结合的无机物和填充补强材料，使密封件损坏并失效，同时对油品形成污染造成液压油变质以致失效。
     液压系统中广泛使用叶片泵，在其工作压力大于6.9MPa的状态下，磨损问题变得突出，因而在液压油中使用了抗磨剂；为了适应在高温热源和明火附近的液压系统，使用抗燃的磷酸酯、水-乙二醇液压液、水包油和油包水乳化液等。此外，应“用"而生的抗氧、防锈等各种类型复合添加剂配置的不同用途液压油(液)品种繁多，如：抗磨液压油复合剂类型中的无锌型(无灰型)抗磨液压油复合剂，是用烃类硫化物、磷酸酯、亚磷酸酯等复配而成，同时还添加了含有硫、磷和氮三种元素的S-P-N极压抗磨剂。在极压工业齿轮油中，也以P-S型极压剂为主。
     而密封件产生“溶涨"或“抽提"的原因是液压油中添加剂所含有的各种化学元素依据“相似相溶"的原理，对不同的密封材质产生不同的影响，重点是密封材料的耐介质性能。例如：Shell Omala 320齿轮油和Shell Omala 460齿轮油中显示较强极性的磷(P)元素浓度在300ppm左右，所以丁腈橡胶因含有丙稀腈基团而具有极性，具有优良的耐油性能，却不适宜该类型油品的介质条件。
    随着液压油品种的不断研发，为改善油液性能的各种抗磨、极压添加剂、金属减活剂、破乳化剂和抗泡添加剂等，对密封件的材料的影响需要通过实验来验证。
     三、密封材料耐油液性能检测评定
     橡胶材料的密封件耐油液性能，一般采用标准试验油，按试验标准规定的温度条件和试验时间下浸泡，通过对浸泡前后测试值对比(如材料的硬度变化、拉伸强度变化率、扯断伸长变化率、体积变化率、压缩永久变形等)，评价其性能。
     No1标准油是“低体积增加油"，这种矿物油的混合物的成分是由溶剂萃取的，经化学处理、脱蜡的石蜡残渣和中性油；No3标准油是一种“高体积增加油"，由经过选择的环烷粗制品，经过真空蒸馏得到的两种润滑油成分组成。不同用途对材料的指标值考核也是不同的。
    四、液压油(液)对密封件性能的影响
    密封理论认为：在一个动态柔性密封及其配合面之间存在一层完整的润滑膜。在正常状态下，正是借助这层润滑膜来达到密封目的并延长密封件寿命。
    在液压系统中，液压油(液)对密封件密封性能的影响除介质/密封材料的相溶性，油品的粘度、粘度随温度的变化、往复(旋转)运动速度、压力及轴、缸体或活塞杆的材质、硬度、几何形状、表面光洁度，以及密封件的结构等影响润滑膜形成和膜特征的因素，均影响密封效果。一般说来，形成连续的润滑膜能获得理想的密封效果。
    日本NOK公司最先在世界上用最新的图象处理技术解释清楚油封的密封原理。认为油封(旋转动密封)的密封机理由润滑特性和密封原理两部分组成。润滑特性：油封的摩擦特性受流体的粘度与滑动速度支配，油封与轴的相对滑动表面在油膜分离的润滑状态下运动，因此保持摩擦阻力小，磨损小。密封原理：油封滑动接触面上油的流动是从大气侧流向油侧又从油侧流向大气侧的循环。滑动面的润滑良好，可防止磨损的进行，由此没有泄漏。
     当系统运动速度过高时，影响连续的润滑膜的形成，导致摩擦热增加，超出密封材料的耐温范围则造成密封件的损坏。压力过大时，除影响油膜形成，还会对橡塑密封件产生“挤隙"作用，一般可采用加“挡圈"来改善。或选择摩擦系数小、自润滑性好的PTFE组合密封件结构将有助于改善摩擦副之间的润滑，适用于高低速往复运动及高压系统的油缸活塞、活塞杆密封。
    根据系统工况条件及介质环境合理地选用密封件和密封材料、正确安装使用和维护密封件，是获得有效的密封效果、可靠性及使用寿命的关键。
液压油中混入过多的颗粒物会堵塞油滤、擦伤密封件、堵塞或磨损元件。但液压油在生产过程及使用过程中不可能做到没有颗粒物。现在我国国家标准对液压油的颗粒物是以“机械杂质”<0.005%来控制的，国外多用美国宇航局(NAS)和国际标准化组织(ISO)的液压油清洁度级别来恒量。
     NAS液压系统对油品清洁度的要求如下：
     1.大间隙、低压液压系统：NAS 10—12，大约相当于ISO 19/16—21/18。允许≥5μ颗粒数/毫升，大约5000～20000。≥15μ颗粒数/毫升，大约640～2500。
     2.中、高压液压系统：NAS 7—9，大约相当于ISO 16/13—18/15。允许≥5μ颗粒数/毫升，大约640～2500。≥15μ颗粒数/毫升，大约80～320。
     3.敏感及伺服高压液压系统：NAS 4—6，大约相当于ISO 13/10—15/12。允许≥5μ颗粒数/毫升，大约80～320。≥15μ颗粒数/毫升，大约10～40。
     目前我国普通工艺生产的液压油一般只能达到NAS 8-10
污染度分级标准
NAS1638分级标准
等级
5—15μm
15—25μm
25—50μm
50—100μm
>100μm
00
125
22
4
1
0
0
250
44
8
2
0
1
500
89
16
3
1
2
100
178
32
6
1
3
2000
356
63
11
2
4
4000
712
126
22
4
5
8000
1425
253
45
8
6
16000
2850
506
90
16
7
32000
5700
1012
180
32
8
64000
11400
2025
360
64
9
128000
22800
4050
720
128
10
256000
45600
8100
1440
256
11
512000
91200
16200
2880
512
12
1024000
182400
32400
5760
1024
ISO4406污染度等级表
等级代码
每毫升油液颗粒数
大于
上限值
24
80000
160000
23
40000
80000
22
20000
40000
21
10000
20000
20
5000
10000
19
2500
5000
18
1300
2500
17
640
1300
16
320
640
15
160
320
14
80
160
13
40
80
12
20
40
11
10
20
10
5
10
9
2.5
5
8
1.3
2.5
7
0.64
1.3
6
0.32
0.64
5
0.16
0.32
4
0.08
0.16
3
0.04
0.08
2
0.02
0.04
1
0.01
0.02
0
0.005
0.01
0.9
0.0025
0.005
 什么是β值?
β值指多少个杂质颗粒经过滤后只漏掉一个杂质颗粒。
β值和过滤效率的关系
β ≥2 过滤效率 50%
β ≥20 过滤效率 95%
β ≥100 过滤效率 99%
β ≥200 过滤效率 99.9%
NAS1638等级表
油洁净度（颗粒度或污染度）的指标国内没有统一，一直还是引用国外标准，以下是NAS(National
Aerospace Standard 1638)分级标准列表，仅供参考。（其中4级、5级为经TSC系列、GLC系列过滤
设备过滤后等级，9级、10级为新油等级）
　污染粒
　　　　　　　　　NAS1638等级表（每100ml内的最大颗粒数）
00级
0级
1级
2级
3级
4级
5级
6级
7级
8级
9级
10级
11级
12级
5-15u
125
250
500
1000
2000
4000
8000
16000
32000
64000
128000
256000
512000
1024000
15-25u
22
44
89
178
356
712
1425
2850
5700
11400
22800
45600
91200
182400
25-50u
4
8
16
32
63
126
253
506
1012
2025
4050
8100
16200
32400
50-100u
1
2
3
6
11
22
45
90
180
360
720
1440
2880
5760
　>100
0　
0
1
1　
2
4
8
16
32
64
128
256
512
1024

液压油清洁度检测

来源: 本站  发表日期:08-01-28 08:48  编辑: admin

1. 液压油固体污染物的危害
固体颗粒污染比空气、水和化学污染物等造成的危害都大。固体颗粒与液压元件表面相互作用时会产生磨损和表面疲劳，使内漏增加，降低液压泵、马达及阀等元件的工作可靠性和系统效率，更为严重的可能造成泵或阀卡死、节流口或过滤器堵塞，使系统不能正常运行。
2. 液压油清洁度检测方法及评定标准
单位体积液压油中固体颗粒污染物 含量称为清洁度，可分别用质量或颗粒数表示。质量分析法是通过测量单位体积油液中所含固体颗粒污染物的质量表示油液的污染等级；而颗粒分析法是通过测量单位体积油液中各种尺寸颗粒污染物的颗粒数表示油液的污染等级。质量分析法只能反映油液中颗粒污染物的总质量而不反映颗粒的大小和尺寸分布，无法满足油液检测的更高要求。颗粒分析法主要有显微镜法、显微镜比较法和自动颗粒计数法等。自动颗粒计数法具有计数快、精度高和操作简便等特点，近年来在国内被广泛采用。检测设备的典型代表是采用遮光原理的美国太平洋公司HIAC/ROYCO系列产品和基于滤膜堵塞原理的德国PAMAS系列产品。
目前，我国工程机械行业对液压系统清洁度的评定主要采用以下两种标准：
⑴ 我国制定的国家标准GB/T14039-93《液压系统工作介质固体颗粒污染等级代号》，该标准与国际标准ISO4406-l987等效。固体颗粒污染等级代号由斜线隔开的两个标号组成，第一个标号表示1mL液压油中大于5μm的颗粒数，第二个标号表示1mL液压油中大于15μm的颗粒数(见下述规定)。
⑵ 美国国家宇航标准NAS1638油液清洁度等级，按100mL液压油中在给定的颗粒尺内的最大允许颗粒数划分为14个等级，第00级含的颗粒数最少，清洁度最高，第12级含的颗粒数最多，清洁度最低。
参照国际标准ISO4406-l987和美国国家宇航标准 NAS1638, 规定如下：
⑴ 产品出厂时液压油颗粒污染等级不得超过19/16(相当于NAS1638的第11级)。
⑵ 产品使用过程中液压油颗粒污染等级不得超过20/16(相当于NAS1638的第l2级)。
⑶ 加入整机油箱的液压油颗粒污染等级不得超过18/15(相当于NAS1638的第l0级)。
3. 液压油清洁度检测分析
本文利用HYDAC公司的液压油清洁度分析仪，对湖南山河智能机械股份有限公司出厂前的批量挖掘机进行了液压油检测，验证是否符合工程机械产品出厂时的标准。
⑴ 检测系统
检测系统FCU由HYDAC公司的FCU-2110硬件、COCOS Light V2.50软件、进出油管等组成。检测对象为SWE70型挖掘机液压系统，它由日本KYB液压泵、回转马达、行走马达、多路阀和Parker液压管路等国外进口液压元件组成。液压系统采用加德士(CALTEX)HD系列ISOVG46特级抗磨液压油。检测系统的硬件部分HYDAC-FCU-2110可对采集数据自动存储，而且内置打印机。该系统装有颗粒传感器，可以实现颗粒自动记数。
检测系统硬件 FCU-2110型液压回路工作原理如图1所示。

检测系统的软件部分为COCOS Light V2.50，操作界面支持德语、英语、法语等多种语言，提供液压油清洁度的ISO/NAS/SAE标淮等级表。系统支持美国国家宇航标准NAS1638、国际标准ISO4406和SAEAS4059标准等多种输出格式，详细内容可参考系统使用说明书。
⑵ 检测分析
液压挖掘机启动前，将高压进油管一头连接到KYB泵出口，另一头连接到FCU输入端；回油管一头连接到FCU输出端，另一头直接插入油箱。准备工作完毕后，启动液压挖掘机，等其工作状态稳定后，点击FCU“ok start”键后开始采集数据，每次检测时间10min左右，检测系统每分钟对液压油进行一次清洁度计算。这里提供SWE70型挖掘机液压系统的清洁 度数据，用NAS和ISO标准等级表示。测得液压油NAS标准等级代码如表1和图2所示。

测得液压油ISO标准等级代码如表2和图3所示。

由表1、2和图2、3可以看出，该SWE70型挖掘机液压油清洁度符合待出厂工程机械液压油清洁度通用标准。结合其他数据分析，该机液压系统清洁度均在ISO标准l7/l3和l5/9之间变化，清洁度一直维持在比较高的水平。
4. 结论
对将要出厂的挖掘机，本文以SWE70型挖掘机为例，进行了液压油清洁度检测。结果表明，按照调试规范作业完毕的挖掘机，液压系统和各液压元件动作良好，液压油清洁度均满足出厂时的标准，液压油也不需要更换。