叉车液压系统油液污染的危害分析与维护

文/余建福（安徽合力股份有限公司研发部）

叉车液压传动系统通过油液来传递能量，因此在其设计中，考虑最多的是油液的黏度和环境温度等特性，却忽略了油液污染后对系统产生的危害。当油液被污染时,油液会发生变质，黏度变大，抗磨性变差，甚至产生磨料磨损，会导致叉车液压系统油温升高、工作迟缓、转向沉重、制动失灵或迟缓及振动、噪声等问题，造成液压传动系统故障率升高，甚至导致液压传动系统瘫痪，影响系统正常工作。探讨油液污染的来源和危害，并提出解决办法，意义重大。

一、油液污染的来源及形成途径

油液被污染主要是油液中混入水分、空气、颗粒污物及液压元件的摩擦磨损颗粒物等，分外部污染和内部污染。

1.外部污染

（1）新油的污染。新油在运输途中搬运、分装、转运及在加油过程中可能被二次污染，混入的空气和污染颗粒物悬浮于油液中，一旦加压就会进入油液。

（2）液压传动系统元件的污染。叉车的油缸、多路阀、转向器及管接头等元件在装配前没有清洗干净，残留了铁屑、焊渣、毛刺等颗粒；元件清洗完后没有进行烘干处理，残留了水分；元件清洗完烘干处理后没有进行屏蔽处理，暴露在空气中，被空气中的水分、污染物二次污染；元件在装配过程中没有做好防护处理，装配过程中被污染。

（3）空气中的水分和灰尘的污染。当系统运行时，空气中的水分和灰尘会通过液压油箱的呼吸器进入系统，也可能通过磨损的密封件进入系统，加压后污染油液。

2.内部污染

（1）系统元件磨损产生的颗粒物。油缸在工作过程中，密封件跟缸筒摩擦产生的磨屑，多路控制阀的阀芯跟阀体摩擦产生的磨屑，齿轮泵的齿轮旋转跟泵体摩擦产生的磨屑，转向器的阀芯、阀套及阀体摩擦产生的磨屑，油箱、滤油器及管接头内壁在压力油液的作用下产生的磨屑，这些都是系统污染颗粒。密封件的老化及液压胶管的老化也会产生碎屑和胶状颗粒物。

（2）油液变质。液压油中的气泡溃灭时近似于绝热压缩状态，会出现局部高温,甚至会使油液燃烧，导致油液中各种添加剂遭到破坏，产生游离碳、酸质和胶泥状沉淀物，造成油液发黑，加快油液变质。

（3）系统维护保养过程中形成的颗粒物。叉车液压传动系统维护保养中更换滤芯和液压油、清洗油箱，维修过程中拆装液压油缸、阀等都会使固体颗粒、水、空气、纤维等进入液压油中，污染油液。

二、油液污染对叉车液压传动系统的危害

无论是内部污染还是外部污染，按照污染物分，主要是颗粒物、水和空气的污染。

1.空气污染的危害

（1）形成气- 液两相流。流动的油液混入空气会形成气- 液两相流，使得油液的体积弹性模量剧减、刚性降低, 造成系统反应迟滞，严重危害叉车系统工作的可靠性，引发门架起升无力、油泵压力不足、自动控制失灵、门架产生间歇运动、爬行现象、转向重等问题。

（2）发生“气蚀现象”。油液中混入空气，形成气泡，气泡在压力波作用下，发生“气蚀现象”，导致局部温度急剧升高，叉车油缸活塞、缸盖，多路控制阀阀芯、阀体，管接头等处密封圈碎裂或烧坏，造成油缸、多路阀、管接头等内泄或外漏油。“气蚀”使叉车元件的金属壁面反复受到剧烈冲击造成疲劳破坏，从油液中游离出来的空气中所含的氧气具有较强的酸化作用,加快油液变质，逐渐腐蚀零件表面，严重时剥落成小坑，呈蜂窝状，使元件的工作寿命降低。

（3）产生“气穴现象”。油液中混入空气会产生“气穴现象”，即气泡随着油液运动到高压区时，在周围压力油的冲击下，其体积迅速缩小直至溃灭。气泡压缩过程中，在高压作用下一瞬间局部压力的急剧升高，以压力波的形式向四周传播，产生强烈的振动和噪声。

2.水污染的危害

（1）氧化油液。油液被氧化后，会生成酸性物质，致使油液变质，产生黏稠沉淀物，造成叉车液压传动系统的齿轮泵的穴蚀和腐蚀，多路控制阀的阀芯卡滞、动作失灵、控制混乱。

（2）乳化油液。油液被乳化后，黏度增大、油性降低，温度上升，致使阀芯、阀体、油缸缸筒、活塞及密封件表面油膜强度降低，磨损加速，表面发生锈蚀；油液被乳化后，其性能下降，易跟其他脏污生成黏性物质，堵住油路，导致阀芯卡滞，油液工作系统瘫痪，损坏液压元件。

（3）产生气蚀、气阻。水发生汽化，在油液中容易产生气泡，甚至局部产生高温，发生气蚀；假如水的含量无法控制，有可能引发气阻现象，造成系统工作瘫痪。

（4）水解油液。油液中各种添加剂基本都是有机化合物，遇到水就会发生水解，有些添加剂一旦遇到水就会沉淀，有些添加剂溶于水，就会从油液中分离出来。这会使添加剂失去原有的性能，生成有害的脏污污染油液，影响系统的工作性能。

（5）腐蚀元件。水能使液压元件产生锈蚀，锈蚀产生污染颗粒，水和污染颗粒相互作用，使油液的寿命大大缩短，造成液压元件零部件表面腐蚀脱落，严重影响了系统的正常使用，甚至造成重大的机械事故。

3.固体颗粒污染的危害

固体颗粒污染是油液最常见，也是危害最大的的污染，液压传动系统约70%的故障都是由它引起的。不同尺寸的固体颗粒危害不同。

（1）大颗粒的危害。大颗粒通常指20 μm 以上的颗粒，它对叉车液压传动系统的污染是灾难性的，会导致叉车液压传动系统失效，多路控制阀、转向器、制动阀、齿轮泵及安全溢流阀等卡死，系统无装卸、无转向、无制动等功能，叉车工作瘫痪。

（2）小颗粒的危害。小颗粒一般指大于1μm小于20μm的颗粒，油液中较小的污染颗粒，部分是油液中原有的，还有部分是大颗粒经摩擦后破碎而形成的。这些颗粒的粒径虽然小于部件的设计间隙，但长年研究发现，较小的污染颗粒会随着设备的运行，在压力、温度及油液的黏度作用下，重新聚集成大颗粒，对部件表面再次产生磨损，由此形成了磨损链反应。这样恶性循环给设备部件造成更多、更大的磨损，堵塞油路，同时严重破坏油液黏度，对润滑油在部件表面产生的油膜也会造成破坏，降低设备的润滑能力，增加设备功率的内耗，影响设备正常工作效率，使其运行费用加大，甚至会导致系统突发失效。

（3）微小颗粒的危害。微小颗粒通常指小于1μm 的颗粒。这些极细小的颗粒悬浮在油液里，能沉积和黏附在阀芯、阀孔、阀套、缸筒等的表面，最终导致间隙减小，运动部件发生黏滞、擦伤和失效。这些氧化颗粒所造成的表面沉积和形成的油膜，可对多路控制阀、转向器、制动阀的阀芯与阀套等间隙很小的零件造成很大危害，长时间运行就会损坏这些零部件。

三、减少油液污染的方法

1.减少外部污染的方法

（1）清洗。叉车液压系统的各种管接头、液压元件及辅助液压元件等，装配前必须经过严格清洗，液压油箱最好进行酸洗、清洗，然后进行屏蔽处理等保护，防止脏污进入。整车组装后，最好用工作油液进行冲洗，有效去除组装产生的污染物。

（2）屏蔽保护。对于液压油箱呼吸器，最好增加防污染装置，防止被外部污染物污染，并定期检查、定期更换，保证有效防污染。液压元件的拆装更换时，最好在无尘区拆装，在非无尘区拆装时一定要加屏蔽保护。

（3）液压油箱安装吸回油过滤装置。根据系统要求，选择适当精度的过滤装置，定期检查，定期更换。

（4）控制好系统工作油液温度。系统工作油液温度一般不超过70℃，以避免加速油液氧化变质。

（5）定期检查、更换油液。根据液压维护说明书要求，定期检查、更换油液。更换油液时，最好清洗油箱、管路及液压元件等。

（6）更换或过滤整车测试油液。整车测试完成后，最好更换新的油液或用专用过滤设备，去除油液中的污染物。

2.减少内部污染的方法

（1）合理设计叉车液压油箱结构，避免产生油液污染。设计油箱时，尽量加大油箱体积，尽量使油箱的水平截面积大于垂直截面积，油箱中尽量设置隔板等来延长油在油箱内的停留时间，留出油液容量五分之一的空气容量，使气泡靠自身的浮力而自行浮至油面，通过透气装置排入大气中；系统回油钢管应设计成45°斜口，其斜口应插入最低液面以下，斜口面向箱壁，减缓液压油液流速，离箱底距离大于管径的2～3 倍，防止油液飞溅产生气泡；油箱进、回油口之间的距离设计得尽量大些，防止回油飞溅冲击油液产生气泡，气泡来不及消失就被吸入泵内进入系统；透气装置的额定透气量一定要大，一般要大于系统工作泵流量的1.5 倍，如果透气流量不足，会形成真空，油泵吸油不足，空气会混入工作系统；合理设计吸油过滤器，使得其过滤精度在40～100μm；油箱回油滤油器选用精滤器，额定流量尽量选大些，过滤精度在10～20μm，一般可安装在油箱的侧面或顶部，必须保证过滤器油液的出口始终在液面以下，以防产生气泡。

（2）工作齿轮泵的吸油管路要尽量短、直，减小吸油阻力，防止吸空，形成真空。管路管径要满足推荐流速的要求,避免产生气穴。

（3）合理设计门架下降限速阀，防止叉车门架的下降速度过快、供油不及时而在油缸活塞附近产生气穴。

（4）在门架起升活塞油缸上合理设计通气塞或透气阀，便于放气和透气，防止油缸内产生气穴。

（5）采用消泡性好的工作液压油，或在油液中适当加入消泡剂，使油箱油液中的气泡很快上浮而消失。

（6）液压油泵的连接部位应严格密封，防止空气吸入油泵内，形成气泡。

（7）油箱底部合理设计磁铁块，以便吸附系统磨损产生的微小金属颗粒，防止颗粒进入工作系统。

四、结语

叉车液压传动系统的油液污染，不管是内部污染，还是外部污染，都是难以完全避免的，要想完全消除其对液压传动系统造成的危害不可能也不现实。但正确认识油液污染的危害和产生油液污染的主要途径, 在液压传动系统设计中尽可能采取有效的技术手段加以防范, 尽量减少油液污染的产生并将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。