郑根华：静电净油技术在液压污染控制中的应用

【第一工程机械网 独家报道】2013年9月13日，以“格局演变与规则重塑”为主题的2013中国工程机械后市场发展论坛暨2013中国工程机械工业协会维修及再制造分会年会、2013中国工程机械学会维修工程分会年会在武汉玛雅海滩酒店隆重召开。维修工程分会理事长马世宁，维修及再制造分会会长杜海涛，装甲兵工程学院教授、中国工程院院士徐滨士，工业和信息化部节能与综合利用司综合处副处长王孝洋，中国工程机械工业协会会长祁俊，斗山工程机械中国区产品服务部总经理孙培楠，千里马工程机械集团股份有限公司董事长杨义华、同济大学汽车后市场研究所所长陈荣章，山东临工工程机械有限公司副总经理姚金军，北京天顺长城液压科技有限公司副总经理杨安等行业企业领导莅临会议，现场300多名企业代表齐聚一堂，共探后市场发展之道。

山东恒业机电科技有限公司总经理郑根华作了题为《静电净油技术在工程机械液压污染控制中的应用》报告，以下为第一工程机械网记者总结的文字记录：

随着工程机械产业的发展，机电液一体化技术在现代工程机械上的应用得到了广泛的发展，液压系统工作性能的好坏，直接影响工程机械的作业性能。

在液压系统中，液压油是传递动力和信号的工作介质，同时还起到冷却、润滑和防锈的作用。液压油污染严重时，会导致液压元件磨损加剧、出现故障。

据统计，液压系统故障中70％以上的故障是由于油液污染而造成，其中75％以上是固体颗粒的污染。

液压系统故障原因构成

1、污染物的种类：

a.颗粒状污染物：铁锈、金属屑、焊渣、砂石、灰尘等；

b.纤维污染物：纤维、棉纱、密封胶带片、油漆皮等；

c.化学污染物：油液氧化或残存的清洗溶剂引起的油液劣化胶质等；

d.水或空气：从油箱或液压缸处带入水分、热交换器泄漏进水、油液中的空气混入等。

2、污染物的来源：

a.元件或装置的原有污染物：泵、阀、缸、马达、油箱、过滤器、阀块、管道、软管中原有的污染物；

b.外界侵入的污染物：油箱通气、液压缸密封、轴承密封等进入的污染物；系统组装、调试带入的外部污染物；

c.内部生成的污染物：系统运转或油液变质生成的污染物；

d.维护造成的污染物：系统维修、更换元件、拆装及加油造成的污染物。

液压污染物控制中的有关概念

1、高清洁度等于高可靠性

由于液压伺服系统的绝大多数故障是由于油液污染造成的，因此确保油液的高清洁度意味着获得系统工作的高可靠性。

2、新油是脏油

由于油液在储运和管理过程中有可能受到污染，即使是新油也必须看作是受过污染的脏油，必须经过精度足够高的净化，经检测满足要求后才允许加入到系统中去。

一般的新油的清洁度在NAS9-10级，而有的液压控制系统要求的清洁度为NAS5-8级，即使新油也无法满足要求。

3、动态间隙与间隙保护净化

液压元件在工作状态下的间隙称为动态间隙，典型液压阀的动态间隙：伺服阀1-5μm，比例阀3-8μm，换向阀3-10μm。

颗粒尺寸与动态间隙相当时最为危险，最容易导致阀芯卡死、交流电磁铁线圈烧坏、响应慢、不稳定、磨损加剧、系统失效等。要消除这些现象，把磨损降到最低，并最大限度地延长元件寿命，必须净化去除间隙尺寸颗粒。

4、有效去除10μm以下的污染颗粒同样重要

10μm以下的污染颗粒有效去除很容易被忽视，而恰恰是这些颗粒更容易导致液压系统的各类故障。

工程机械液压系统污染的危害

1、泵类元件：

会使泵的传动部件如柱塞泵中柱塞和缸孔，叶片泵的叶片和叶片槽，齿轮泵的齿轮和壳体等零部件产生磨损或卡死，使动作失灵；

2、阀类元件：

会堵塞节流孔和阻尼孔，使阀的性能变坏；

3、液压缸：

污染颗粒会加速密封件的磨损，使泄露量增大；

油在使用过程中，因压力、摩擦、环境等原因会产生异物，这些异物作为催化剂会触发油品氧化，形成不溶于油的游离物，造成油品污染。

随着污染的加大显现出粘度、酸度的变化，水分增加，油品颜色变化，随之诱发设备的故障，致使更换油品。

设备循环系统内残留的污染油与新油混合在一起，起到氧化催化作用，又会加快油品的污染速度，减少新油的使用时间。

所以，为了防止油品的污染，延长油品的使用寿命，必须迅速去除油品中形成的污染物和氧化物。

案例：液压伺服系统中伺服阀失效的模式及原因

1、伺服阀失效模式：

主阀冲蚀失效：当油液中大量微小的固体颗粒随高速油液流过阀口时，冲蚀阀芯与阀套上的节流棱边，致使节流棱边倒钝，导致伺服阀零区特性改变，压力增益降低，零位泄漏增大。

主阀淤积失效：不大于半径间隙的颗粒聚集于阀芯与阀套之间的环形间隙，致使阀芯与阀套的磨损加快，启动摩擦力加大，滞环增大，响应时间增长，工作稳定性变差，严重时出现卡涩现象。

主阀卡涩失效：阀芯和阀套环形间隙中不均匀的淤积形成侧向力，侧向力使阀芯和阀套的金属表面接触，从而出现微观粘附（冷压接触），造成卡紧。卡紧使启动摩擦力加大，造成阀的工作不稳定，严重卡紧时将引起卡涩失效。

主阀磨蚀失效：油液中的水分和油液添加剂中的硫或零件清洗中残留氯产生硫酸或盐酸，致使节流棱边腐蚀，造成与冲蚀相同的后果。

先导阀失效：伺服阀内装的过滤器堵塞是由喷嘴、挡板、反蚀杆端部小球的冲蚀、磨损所致，过滤器堵塞降低了阀的灵敏度及响应，严重时难以驱动功率滑阀。

2、伺服阀失效的主要原因：

液压伺服系统中85%以上的故障是油液污染造成的，污染中又以固体颗粒最为普遍，危害也最大。典型脏油的颗粒尺寸分布如下图：

典型脏油的颗粒尺寸分布

由图示表明：≤5μm的颗粒占总数的86%。伺服阀阀芯与阀套的典型值为1-2.5μm，且阀口上的流速高达50m/s以上，因此≤5μm的大量微小颗粒是造成阀芯与阀套冲蚀失效、淤积失效和卡涩失效的主要原因。喷嘴与挡板的典型间隙为20-30μm，因此20μm左右的的颗粒最容易造成先导阀和内装过滤器的失效。

常见的油液净化方式

1、滤芯式过滤

通过滤材将比滤材孔大的污染物滤掉，一般可以过滤到10μm，精密过滤可以过滤到5μm甚至2μm ，但随着过滤精度的提高，滤芯容易堵塞、更换频繁、耗材费用高。

2、真空式过滤

利用抽真空可以降低水的沸点的原理，去除油液中水，去除杂质是利用滤芯式过滤，与滤芯式过滤特点相同。

3、离心式净油机

利用比重差去掉污染物，无需消耗品，但是对污染物比重与油的比重相差少和会被油的粘性吸附的微小污染物有困难。

静电净油技术的原理

静电净油技术由日本受空气静电除尘技术的启发，首先在静电净化绝缘性油液方面获得成功，为高精度净化油液开辟了一条新的途径。

油中的杂质粒子在强电场作用下因碰撞、摩擦和电场的非均匀性而带电或产生静电感应。依据异性相吸的原理，当杂质粒子随油液流动至高压电场之间时，因相互吸引而粘合变大并迅速泳向相反电极方向，附着在电极板和电极板之间的集尘滤材上。同时，在静电力的作用下，附着在积尘滤材上的杂质粒子，还可以去吸引其它的杂质粒子。其分离原则与污染物的大小无关，而只与被分离物体的带电特性有关。

1、净化精度高：

油液中存在着大量几百微米到零点几微米直径的污染物粒子，分析油液中污染粒子的含量，粒子越小含量越多，如果把1μm以上污染粒子的量设定为100%，那么10μm以上的污染粒子的含量只有10%。

静电净油技术的分离原则与污染物的大小无关，能够有效去除0.1μm的污染粒子，即使是会把滤油器堵塞的油泥也能去掉。

案例：油品：N46液压油  容积：120L   温度：室温    取样：10ml

静电净油技术案例

2、耗材少、耗能低：

静电净化装置都有很大的納污容量，积尘滤材对杂质的捕捉不是靠阻挡而是靠粘附，而且先期粘附在积尘材料上的杂质还会连续粘附其它流经静电场的杂质，只有当杂质堆积到足以让正、负极板短路放电时，这一套积尘滤材才需要更换，因此，它是一个渐变失效的过程。

静电净油技术用于产生高压电场的高压发生器每个的功率只有750W。一般地，一台移动式静电净油机小型的用一个高压发生器，大型的也只有四个高压发生器，其所用的电机功率在200W到1000W。

3、在线净化可延长油液使用寿命3-5倍：

油在使用过程中，因压力、摩擦、环境等原因会产生杂质粒子，这些杂质颗粒作为催化剂会触发油液及其添加剂的氧化产生胶态粒子，造成油液污染。即使更换新油，系统内残留的污染油与新油混合在一起还会加快新油的污染速度，减少新油的使用寿命。

如果采用静电净油技术对油液进行在线净化，可以动态的去除油品中因压力、摩擦、环境等原因而产生杂质粒子和因氧化而形成的胶态粒子，使油液始终处在一种高清洁度的运行状态。从而可以大大的减缓油液的氧化过程，延长油的使用寿命。

据日本有关资料介绍，可延长油液使用寿命至少3-5倍。

静电净油技术在工程机械液压系统污染控制中的应用

1、泵、缸、阀类液压元件试验台的在线净化：

泵、缸、阀类液压元件在装配和试验过程中会产生很多杂质颗粒，这些颗粒会进入到试验台的油液中，污染油液。同时，也会导致试验后的液压元件清洁度不达标。

采用静电净油技术在线净化可以有效解决试验台在动态情况下的油液污染问题。只要选择的静电净油机的去除杂质的能力大于试验台产生的杂质量，就会有效保证试验用油稳定在NAS7-9级的清洁度等级。

泵、缸、阀类液压元件试验台的在线净化

在线净化时，只需将净油机进油口接入试验台油箱放油口，出油口接入试验台油箱加油口即可。在线净化不影响试验台的正常运行。

2、新产品下线前的加油：

新产品下线前所加的新油的清洁度一般在NAS9-10级，而像挖掘机等要求较高的液压系统清洁度一般都需要NAS8级甚至更高，选用在线型静电净油机可以使加入的液压油清洁度达到NAS5-8级。

新产品下线前的加油

3、新产品下线前的净化：

主机配套用的液压元件泵、缸、阀、油箱及管路等在出厂前虽然都经过试验台测试或清洗，但仍会有部分污染物残留于液压元件内部形成系统污染源。

管路、接头、装配过程、加油等环节都会形成新的污染。

为避免下线调试前产生液压故障，必须进行净化。

4、新产品下线调试后的净化：

在试车磨合过程中泵、缸、阀、油箱、管路等系统中的杂质会不同程度的进入液压系统油箱，使油液清洁度降低，系统自配的过滤系统仅能去除较大颗粒杂质，非常微小的杂质无法去除，而大部分液压系统尤其是伺服系统对油液的清洁度要求很高。为保证油液清洁度满足系统要求，须对油液进行净化。

工程机械下线经调试合格后开到净化工位，用静电净油机对液压油箱的液压油实施净化，为了使系统中的油尽量净化彻底，可开启油泵自循环功能。一般的，净化的节拍为25分钟，清洁度达到NAS8级。

5、在线型静电净油机的特点

a.设备由多级净化装置组合而成，净化精度高、净化效率高，可满足工程机械下线时20-30分钟内清洁度NAS6-8级的要求。

b.该设备设计有副油箱装置，可实现工程机械油箱内循环净化、向净油机自带副油箱补充油、向工程机械油箱补充油、副油箱中的油的净化等功能的转换。

c.可选装在线清洁度检测装置、流量计、加热装置等整机下线时所需的功能装置。

d.该设备使用方便、快捷，有效避免液压油的二次污染，投入少，节省人工费用。

e.可选装颗粒计数仪，对净化过程实施动态监测，效率更高。

6、静电净油机技术在工程机械维修站的应用

工程机械维修站在液压系统污染控制方面面临的问题更加突出。主要表现在以下方面：

a.工程机械进站小修或大修时，液压系统用油的净化

b.液压元件维修后试验用油的净化

c.工程机械的定期维护保养时，液压系统用油的净化

7、工程机械进站小修或大修时，液压系统用油的净化

大修：将系统内的液压油放出，集中到容器内，

用静电净油机集中净化。修理完毕，将净化好的液压油加入油箱，调试过程中，再用静电净油机在线净化一小时左右，将系统内的污染物充分净化。

小修：可以不将系统内的液压油放出，修理完毕，缺油的可适量补充。调试过程中，再用静电净油机在线净化一小时左右，将系统内的污染物充分净化。

8、液压元件维修后试验用油的净化为防止维修后的液压元件将大量的杂质颗粒带入液压系统中，形成对液压油的污染。维修站需要对液压元件试验台试验用油实施在线净化。

9、工程机械的定期维护保养时，液压系统用油的净化

工程机械维护保养时，对液压系统中的液压油实施在线净化是工程机械主动维护的一项非常重要的方面。这项工作做得好可以有效减少液压系统的故频次，延长液压油的使用周期，明显提高工作效率，降低维护费用。

如：按照挖掘机的维护保养规程，每500工作小时需要更换液压油滤芯，每5000工作小时需要更换液压油。

如果采用服务型静电净油机每100-200工作小时对液压系统实施1小时的在线净化，那么更换滤芯和液压油的周期可以延长3-5倍，而且故障停机的次数可以大幅度减少。

10、服务型静电净油机特点：

①、净化后，液压油的清洁度高，能够很好的满足液压伺服系统对油的清洁度要求。

②、变被动维修为主动维护保证了系统始终处在一种高清洁度的运行状态，防止了液压系统的卡堵、磨损现象的发生。

③、该设备既可以安装在服务车上流动为工程机械进行净化服务，又可以安装在维修站里作为工程机械的定期维修使用，还可以配置到工程机械较为集中的大型工地、工程机械专业户使用，方便实用，运行成本低。

④、可选配24V直流电源和在线清洁度检测装置，方便现场应用。

责任编辑：Eason