工程机械生产过程中液压系统清洁度的质量保证.pdf

Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e a l s ／ No ． 9 ． 2 01 1 工程机械生产过程中液压系统 清洁度的质量保证 钟玉柱 王龙康 王冠军 山东卡特重工机械有限公 司， 山东临沭2 7 6 7 1 5 摘要 分析全液压履带式挖掘机清 洁度对产 品可靠性 的影响 ， 介绍 了生产过 程中影 响液压 系统清洁度的因素 ， 从液压元件供应商控 制 ， 到装配过程 工艺管理 ， 在生产全过程中针对具体 实际情况采取 了相应的工艺改进措施 ， 有效控制了液压系统的清洁度 ， 提高 了产 品 可靠性 。 关键词 液压系统 ； 清洁度 ； 质量保证 ； 液压元件 中图分类号 T H1 3 7 ．7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 1 0 9 0 0 6 3 0 4 Ho w t o C o n t r o l t h e Cl e a n n e s s o f t h e Hy d r a u l i c S y s t e m o f Co n s t r u c t i o n Ma c h i n e r y Du r i n g Ma n u f a c t u r i n g P r o c e s s Z HO NG Y u - z h u W AN G L o n g - k a n g WA N G G u a n - j u S h a n d o n g C a r t e r H e a v y I n d u s t r y C o ． ， L t d ． ， L i n s h u 2 7 6 7 1 5 ， C h i n a Ab s t r a c t t h i s p a p e r a n a l y s e s h o w t h e c l e a n n e s s i n fl u e n c e t h e r e l i a b i l i t y o f h y d r a u l i c e x c a v a t o r ， i n t r o d u c e s t h e i n fl u e n c e f a c t o r s t h a t t h e h y d r a u l i c s y s t e m e ff e c t t h e p e rfo r ma n c e t h e p r o d u c t d u rin g t h e p rod u c t i o n p r o c e s s ， c o n t r o l s c l e a n n e s s f r o m h y d r a u l i c c o mp o n e n t s s u p p l i e rs t o a s s e mb l i n g p r o c e s s ， T a k e me a s u r e s t o c o n t r o l c l e a n n e s s o f t h e h y d r a u l i c s y s t e m e ff e c t i v e l y a c c o r d i n g t o the d e t a i l e d p r o b l e ms a n d i mp r o v e s t h e r e l i a b i l i t y o f ma c h i n e ． Ke y W o r d s h y d r a u l i c s y s t e m； c l e a n n e s s ； q u a l i t y a s s u r a n c e ； h y d r a u l i c c o mp o n e n t s O 液压清洁度对挖掘机可靠性 的影响 随着社会经济的发展 ， 科学技术的发展和进步 ， 机 电液一体化技术在工程机械上得到了广泛的应用 ， 2 O 世纪 5 0年代初研制 出拖式全 回转液压挖掘机和履带 式全液压挖掘机 ， 6 0年代起 ， 液压挖掘机进入推广和蓬 勃发展阶段 ， 7 0年代 ， 液压挖掘机产量已占挖掘机总产 量的 8 0 ％以上 ， 目前已接近 1 0 0 ％。 液压系统工作性能的可靠性 的高低 ，直接影 响工 程机械的使用寿命。在工作机械的液压系统中， 液压传 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 4 0 8 作者简介 钟玉柱 1 9 7 0 一 男 ， 注册质量工程师 ， 机械 工程师 ， 山东卡特重 工机械有限公司 。 向的稳定性控制也将被提上议事 E l 程 。 的多路阀等液压元件与之配套 。 参 考 文 献 一 一- 一 一一 - - - 4 需求更优性能 动是用液压油作传动介质 ，利用液压的压力能或动能 实现能量 的传递 、转换和控制 ．液压油传递动力和扭 矩 ， 液压油被污染时 ， 液压元件会加剧磨损 ， 甚至 出现 故障 ， 大大降低产品使用寿命。众所周知 ， 据统计分析 发现 ，液压工程机械中 7 0 ％故障归类为液压系统 的故 障 ，而液压系统故障现象 中 8 0 ％的故障原 因是由于油 液污染而造成 ，这 8 0 ％的故障现象中究其原因 7 5 ％以 上是液压油被固体颗粒所污染。 1 生产过程中影响液压系统清洁度的因素 1 ． 1 工程机械液压 系统对液压油清洁度的要求标准 随着液压挖掘机工程机械技术含量的提高．工程 机械液压系统 中主要元件包括液压伺服机构 、先导控 【 l 】 GB ／ T 7 8 6 ． 1 - 9 3 ， 液压气动图形符号【 S 】 ． 【 2 】 J B ／ T 8 7 2 9 ． 1 - 1 9 9 8 ， 液压 多路 阀技术条件【 S ] ． 【 3 】 雷 天觉 主 编． 新编 液压 工程 手 册【 M】 ． 北 京 北 京 理工 大 学 出版社 1 9 9 2 ． 【 4 ] 马玉贵 ， 马治 武主编． 新 编液压使 用与维修技 术[ M】 ． 北京 中国建材 工业出版社 ， 1 9 9 8 ． 【 5 ] 成 大先主编． 机 械设计手册第 4卷[ M] ． 北 京 化学工业 出版社， 2 0 0 2． [ 6 ] 石全． 二通插装阀方向控制回路分析[ J ] ． 液压气动与密封， 2 0 0 9 4 ． [ 7 】 杨殿宝． 单 向阀应用初步[ J 】 ．液压气动与密封 ， 2 0 1 l 1 ． [ 8 】 章 宏 甲， 周邦俊 主编． 金属 切削机床 液压传动[ M] ． 江苏 江 苏科 学技 术出版社． 1 9 9 2 ． 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 0 1 1年 第 9期 制阀 、 油源 阀等元件 ， 对整个机器的液压系统的清洁度 要求很 高， 我国制定的国家标准 G B 厂 r 1 4 0 3 9 液压传 动 油液 固体颗粒污染等级代号 ，等效采用国际标 准 I S O 4 4 0 6 ， 我 国液压挖掘机参照国际标准 I S O 4 4 0 6和美 国国家宇航标准 N A S 1 6 3 8见表 1 ，规定液压系统颗粒 污染等级不得超过 G B ／ T 1 4 0 3 9规定的一／ 1 8 ／ l 5 f 相当 于 N A S 1 6 3 8的第 l 0级 ， 而在生产过程 中， 由于各种因 素的影响 ， 液压系统的清洁度 的问题表现的尤其突出， 因液压油的污染给机械造成 了非常严重的危害 ．所要 求标准远远高于国家标准 ， 多采用美国N A S 1 6 3 8标准 6 级。虽然如此 ， 对于液压油的污染仍存在大量因素。 表 1 I S O4 4 0 6和 N A S1 6 3 8清洁度等级对应关系 标准 代号 清洁度 等级 I S 0 4 4 0 6 ⋯ 1 8 ／ 1 5 1 7 ／ 1 4 1 6 ／ 1 3 1 5 ／ 1 2 1 4 ／ 1 1 1 3 ／ 1 0 N A S1 6 3 8 9 8 7 6 5 4 1 _ 2影 响 因素 1 液压系统温度因素 。挖掘机工作时 ， 液压系统 由于流量的压力损失而产生的热量 ， 导致液压油温度 升高 ， 正常使用温度应 5 0 ～ 8 0 ℃． 最高不宜超过 9 0 ℃， 当 液压油温度过高时 ， 液压油被氧化生成有机酸 ， 液压油 氧化变质 。 腐蚀金属零部件 ， 导致零部件早期磨损而失 效。 2 水分和空气的影响。液压油具有吸水性 ， 含有 一 定微量 的水分 ． 与液压油起反应 ． 形成酸 、 胶质和油 泥 ， 并能析出油中的添加剂 ， 降低润滑性 ， 同时与空气 接触时 ， 吸入部分气泡 ， 空气能溶于油中 ， 使液压系统 产生噪音 ， 引起气蚀 、 爬行及震动 水气混合 于液压油 中 ， 会降低液压的黏度 ， 导致液压乳化变质 ， 润滑性变 差 ， 引起液压元件 的气穴 、 气蚀 、 振动 、 噪声等现象 ， 加 速液压油的氧化， 严重危害液压系统。 3 固体颗粒物的影响。液压系统中的各种元件 、 零件在生产加工过程中 、 整机装配过程中、 用户使用过 程中 ， 存在空气 中灰尘等 固体颗粒物混入系统 中， 形成 不可溶解物体 ， 在零部件的运行过程 中， 不但引起各运 动部件的卡滞 ， 同时 ， 引起零部件的磨削 ， 加速金属部 件 的磨损 ， 降低 了液压油液 的润滑性能 、 冷却性能 ， 引 起液压系统 的突然失效 。 造成机器故障 亦能引起液压 系统渐发失效 ， 缩短机器使用寿命 。 2 预 防液压油清洁度 的措施 2 ． 1 控 制液压 油 的工作 温度 1 正确选择适合的液压油。合理选择液压油是从 根本上解决液压油的关键一环 。液压油的黏度对液 系统的影响不同， 对润滑性也有着严重的影响。黏度高 有利于液压部件 的润滑，缺点是会增加液压系统的阻 力 ， 增大液压 系统压力损失 ， 导致液压 温升高 、 功率损 失， 同时还会造成液压动作不稳定 ， 尤其是在温度低时 运转吸油不畅 ，中断供油造成吸空易发生主要零件故 障 ； 反之 ， 液压油黏度低时 ， 导致液压元件各运转零件 的泄漏 ， 使液压系统压力下降 ， 造成液压系统零部件运 转磨损严重。每种类型的工作泵有适用的黏度范围 柱 塞泵和齿轮泵工作黏度范围是 3 0 ～ 1 3 5 mm ％． 柱塞泵最 小工作黏度不应低于 1 1 m m2 ／ s ，最大启 动黏度不大于 9 0 0 m m2 ／ s ； 齿轮泵最小工作黏度不应低于 1 5 m m％， 最大 启动黏度可达 到 1 2 0 0 m m ／ s 。叶片泵工作黏度范 围为 2 5 ～ 6 4 m m2 ／ s ， 最小工作 黏度不应低 于 1 3 I 1 1 m 2 ／ s ， 最 人 启动黏度不应大于 8 0 0 m m2 ／ s 。根据液压挖掘机选用的 泵的类 型、 机器的使用环境 ， 工作温度较高 、 运转时间 较长 、 工作压力较高的系统 ； 选择使用抗磨液压油 而 不能选择使用普通液压油和低凝液压油。防止液 油 氧化变质 ， 腐蚀金属零部件造成液压油清洁度污染 。 2 设计合理的液压系统。除了液压油对液压系统 工作温度有影响外 ，另外一个关键因素就是整个液压 系统设计的合理性 。液压系统设计不合理可能存在以 下问题 ①液压油散热面积设计过小不能有效散热、 油 散热冷却器管道直径小冷却水供应不足 ；②管道 内径 或阀的通径过小液流阻力大 ，能量损失过程 中产生热 量散热不及时。③液压系统溢流阀压力调整不正确 ， 造 成负荷卸载不好 ； ④蓄能器设计容量不足等。控制工程 机械液压系统工作温度 ， 可以通过液压油的散热系统 、 液压系统的油量流动计算 、液压系统元件负衙选择等 手段进行实现， 并及时根据实践进行改造 ， 可使挖掘机 液压系统正常工作 ， 提高机器的使用寿命和价值 。 2 ． 2 控制固体颗粒污染 空气 、水和其他非颗粒污染物对液压系统的危害 比较大 ， 而固体颗粒污染比空气 、 水和其它非颗粒污染 物等造成 的危害更大。固体颗粒侵入液压系统不但粘 结 、 堵塞过滤器 、 伺服阀孔 、 过滤器 ， 破坏与液压元件表 面 ， 加速运动件 的磨损和表 面疲劳 ， 增加 内漏 ， 降低液 压元件的工作可靠性 ，而且会造成价值重大 的零部件 如液压主泵 、多路控制 阀运动件卡死 、液体节流 口堵 塞 ， 造成机器失效 。 固体颗粒污染的来源无非有以下儿个途径 ①液 压 油新油不符合要求 ， 可能油管和储存油液 的油桶含 Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 9 ． 2 01 l 有杂质 ； ②液压元件如液压缸 、 油管、 液压马达、 管道 、 液压泵 、 油箱 、 液压 阀等本 身存 在 的残 留杂质 ； ⑧ 制 造装配过程 中产生的固体颗粒物侵入 ， 又未得到清除 ； ④运转 、调试拆装元件和管路等过程 中各种物质颗粒 浸入 ⑤来自机器各零部件运动件之间的相互摩擦、 变 形 、 油质和金属发生化学反应等方面的污染。 从固体颗粒污染的来源来看 ，防止油液 的污染重 点采取以下措施进行控制。 2 ． 2 ． 1 液压 油 品及元 件供 应商 控 制 1 正确控制液压油的来源。石油生产企业提供的 液压油 ， 其清洁度的等级高的可达到 6级 ， 目前我国普 通工艺生产 的液压油一般只能达到 N A S 8 1 0 ，而一般 企业提供的油 品清洁度为 9级 。这种等级的液压油在 进人生产工程机械的企业未经处理 ，加注入机器的液 压系统中 ， 加上加注过程 中会有污染物侵入 ， 会使液压 系统存在隐患 。对 于液压油的采购 ， 要进行检测 ， 若等 级低于 8级 的液压油 ， 要做好清洁度的第一道防线 ， 采 取相应的措施 ， 要么采购高清洁度 的油品， 要么在使用 前要进行沉淀和过滤 ，并且严禁不同类型的液压油混 合使用。 2 参与 液压元件供方 生产制作过程 清洁度 的管 理。我们针对液压元件的供应商在加工制造 、 组立装配 和测 验试验环节上可能 出现的如液压油 不符合要求 、 清洗液清洁度不 良、 装 配环境与外界相通等问题 ， 不能 有效对清洁度进行控制 ，在对其进行供方考察和评定 选择 ．对符合要求的供方提供的配套件采购后直接进 行部装工段进行组立 ， 对于不达标 的配套件 ． 进行重新 清洁或另行选购 。并在签订购货合同时并签订 了质量 保证协议 ， 让其在清洁度方面有效约束得到了保证 。 3 选择合适的滤油器。滤油器是液压系统中控制 液压油油液颗粒污染 的重要元件 ，滤油器的过滤精度 必须保证符合液压 系统的精度要求 ， 而精度过高 ， 易引 起 流体 阻力增大 ， 压力损失过大 ； 精度过低 ， 不能过滤 液压油污染有效保证液压油清洁度。所以选用过滤器 必须充分考虑其过滤精度引起液压流体阻力 和液压油 系统压力损失应尽可能小 ，并要求有足够过滤和存储 油垢的容量 。液压系统油液的污染度与污染物的侵入 和液压 系统 的使用时间成 正 比．与过滤 比成反 比 ． 所 以 ， 过滤器 的过滤 比能有效地降低污染度 。正因为过滤 器能有效过滤挖掘机液压系统污染的主要来源 ，挖掘 系统污染的主要措施 ， 就是合理选择滤油器。 2 ． 2 _ 2过程工艺管理及改进措施 1 工作环境强力推行 5 S管理。5 S管理在 日本式 企业作为推行各种品质的管理手法 ，使产品品质得以 迅速地提升 。 而 5 S管理 中目视管理是利用形象直观而 又色彩适宜 的各种视觉感知信 息来组织 现场生产活 动 ， 达到提高劳动生产率的一种管理手段 、 科学方法。 有 的工程机械生产企业产 品质量意识薄弱 ，尤其在清 洁度方面表现突出， 装配环境不好 ， 不能保证液压系统 的清洁度。我们公司进行 了装配环境的优化 ， 消除传统 错误 的观念 ， 在不洁净 的地方 ， 配有耐脏 的环境布 。挖 掘机械的液压部品的部装 、液压系统的组装环境要干 净整洁 ． 做到一尘不染 ， 防止周围环境在装配过程 中对 系统造成污染 。 我们采取了 目视管理 的方法之一 ， 除了 密封 的液压组装室隔离外界空气污染的侵入外 ，让员 工穿 白色工装戴 白色工 帽 如图 1所示 ， 像 在实验 室 内工作一样 ． 始终保持清洁 ． 有效做到了液压清洁问题 的控制 图 1 液 压 部 品 的邵 装 线 2 自制液压元件 的加工。主要液压元件采用 日本 进 口， 清洁度是能保证 。我们 自制部 门液压油箱、 油管 、 接头等液压元件 。在生产加工过程中 ， 各零部件每一工 序对加工中残留的污物处理干净 油箱焊接要求去除 焊渣焊瘤 ， 油管道要去除毛刺 、 尖角等缺陷 ， 然后进行 酸洗磷化 ， 循环 冲洗 ， 并对零件 的清洁度进 行检测 ． 直 至清洁达到要求 。 3 零件部装 。元件装配前清洁度必须符合要求 ， 对不符合要求的元件进行清洗 ，不能用易留下纤维线 或颗粒 的棉纱布擦洗 ， 必须用绸布擦拭 ， 经严格 的清洁 和检验合格后进行装配。 4 部件 的总装。部装好的液压油箱所有接 口法兰 液 压 气 动 与 密 封／ 2 0 1 1年 第 9期 要合理密封 ， 防止尘土 、 水分的侵入 液压泵 、 多路控制 阀 、 液压马达、 液压缸等零部件 的管路接头等连接处密 封严密 ， 在装配前必须保持完好的包装状态 ， 在装配过 程中 ， 应避免油 口置于空气 中。液压用油 、 油桶 ， 滤油 机 、 油漏斗、 油管等都应保持干净。 2 ． 2 ． 3采用液压油污染度的在线监测技术 一 般挖掘机生产企业未配备液压系统清洁度检测 仪器 。 对液压油 、 液压元件等未进行检测 。 这样 的产品 清洁度不能有效保证。为了保证挖掘机液压系统的清 洁度 ， 我们公司采用了 A b a k u s 便携式油液污染检测仪 的 清洁 度在 线 监测 系统 见 图 2 。该 系 统 由德 国 K L O T Z公司制造 ， 用 于现场快速 、 简便 的颗粒分析 ， 可 按标准 4 4 0 6及 N A S 1 6 3 8标准进行检测， 便于在计算机 上进一步进行数据处理。检测系统对 由日本 K Y B液压 泵 、 回转 马达 、 行走 马达 、 多路 阀等 国外进 口液压元件 组成 的 C T 1 5 0型挖掘机液压系统进行采集数据 ，经过 检测分析得出挖掘机液压系统的清洁度数据 ，用 I S O 和 N A S标准等级分别表示均在 I S O标准 1 7 ／ 1 4和 1 5 ／ 1 3 之间变化 ， 即 N A S 6 ～ 8级 ， 清洁度水平较高 ， 符合液压 液压挖掘机技术条件 的国家标准 ， 符合出厂要求。 图 2高 精 度 颗 粒 测 量 计数 系统 2 ． 2 ． 4使 用挖掘 机液 压 系统体 外循环 系统 我们公司深知液压系统清洁度对挖掘机所带来的 危害 ， 所造成的经济损失 巨大 ， 所以我们在生产现场不 但配备了液压系统清洁度检测仪器 ， 对液压油 、 液压元 件进行检测 ， 这样能有效保证产 品清洁度。另外 ， 我们 对 于在生产现场中出现 的突发问题采取 了预 防措施 ， 同时设计 了一套液压系统体外循环系统 结构原理如 图 3 ， 对 出现异常现象的液压系统 ， 经检测后发现油液 的清洁度不能达到规定要求时， 进行过滤和清洗 ， 滤油 机的过滤精度 N A S 6级 。能满足液压系统的使用要求 ， 保证挖掘机整机性能的可靠性 ， 减少液压系统 的故障、 延长机器使用寿命。 1 一发袖 管 组2 一粗过 滤 器3 ～流罄 检 测 器4 一真 空 表 5 一 动力泵组6 、 8 - 压差指示表7 一 精密过滤器 8 Ⅲn 9 一 精密过滤器 3 1x m 1 0 一 出油管组 图 3 精 密旁路过滤系统原理图 3 结论 通过以上措施 ， 正确选用液压油 品， 在液压油的储 存和运输确保尽量减少污染 ，对液压系统清洁度进行 监测 ， 并对清洁度不符合要求 的液压系统进行过滤 ． 把 液压 系统污染降到最低 ， 使液压油清洁度保持 良好 ， 保 证液压系统和各液压元件工作正常运行 。实践证 明， 机 械的故 障率大大降低 ．挖掘机产品可靠性得到很 大的 提高 ， 延长了机器的使用寿命 ， 取得很好的经济效益干 社会 效益 。 参 考 文 献 [ 1 】 胡乾坤 ． 液压 挖掘 机的使用 与维修【 M j ． 安徽 安 徽科学 技 术 出版 社 ． 1 9 9 7 ． 【 2 】 陈欠根 ， 等． 液压油清洁度检测【 J J ． 工 程机械 L j 维修 ， 2 0 0 7 9 ． 【 3 】 李军锋． 工程机械液压油的正确使用f J 1 ． 建筑机械 ， 2 0 0 7 7 ． [ 4 】 G B ／ T 1 4 0 3 9 2 0 0 2 ， 液压 传 动 油 液 固体 颗粒 污 染 等级 代 号【 S 】 ． 【 5 1 N A S 1 6 3 8 ， C l e a n l i n e s s R e q u i r e m e n t s o f P a r t s U s e d i n H y d r a u l i c s S y s t e m [ S ] ． [ 6 】 张柱银． 液压油 的污染及其控制【 J J ． 机床与液压 ， 2 0 0 4 5 ． 【 7 】 冯雷星， 等． 飞机液压系统污染控制理论研究【 J 】 ． 液压～气功 ， 2 00 7 1 ．