风扇液压传动系统的油液污染控制研究

徐诗辉，田小燕，买靖东，刘焱

（中国北方车辆研究所，北京 100072）

风扇液压传动系统的油液污染控制研究

徐诗辉，田小燕，买靖东，刘焱

（中国北方车辆研究所，北京 100072）

文章通过对某车型的风扇液压传动系统的故障分析，评定出油液污染对液压传动系统的危害，确定了避免出现此类故障的措施。为以后风扇液压传动系统的设计提供可靠的技术参考。

油液污染；二级过滤；清洁度

CLC NO.: U463.22+1.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)01-33-03

引言

随着某车型风扇液压传动系统不间断的出现了几次相类似的故障，而此车型又为批产车型，但此类故障在科研阶段和首批试生产阶段，均未出现过。因此，引起了项目组高度重视。

对液压系统来说，如果液压泵是整个液压系统的心脏，那么液压油就是整个液压系统的血液，它对整个液压系统有很大的影响。据国外统计，液压系统的故障约有75%以上是由于液压油的污染和性能劣化变质而引起的。[1]因此，项目组把故障分析的重心放在了液压油路系统及油液是否污染的故障点上。

1、油液污染原理分析

1.1 污染原因

油液污染主要是由外部原因和内部原因造成的。外部原因是固体杂质、水分、其他油类及空气等进入系统；内部原因除了原有新油液带来的污染物外，在使用过程中相对运动零件的磨损和液压油理化性能的变化。由于导致污染杂质侵入的各种因素的影响，油液都可能受到不同程度的污染。[2]

1.2 油液过滤

液压系统内的过滤器过滤性能对油液污染起作决定性的影响。油液污染不但与系统内过滤器的过滤精度有关，而且与过滤器装设的位置也有关。一个设计优秀的液压系统，为保证油液的尽可能长期的处于健康的工作状态，允许一个液压系统装设一个或者多个过滤器。闭式液压传动系统中使用的大多是柱塞泵和柱塞马达，而柱塞副配合精度高，对油液污染非常敏感，如滑靴对斜盘、刚体对配流盘、柱塞对缸体[3]等有多处敏感区域。因此合格可靠的过滤器选型设计，对液压系统是否安全可靠的运行，起作至关重要的影响。

2、故障车油液污染的评定

2.1 液压油路说明

故障车型风扇液压传动系统原理如图1所示。是一个一泵双马达的闭式液压系统，为避免油液污染危害此系统工作可靠性，设计初期就严格按照闭式系统二级过滤的原则。其中一级滤为液压油箱自带的粗滤,处于液压油箱出油口处。二级滤为精滤，图1并没有明确具体位置。

图1 风扇液压系统原理图

故障车型初样车液压传动系统的二级精滤，是使用泵标准的原装自带滤。但在试验跑车阶段，发现泵原装自带的滤，性能上可以很好的满足工作要求，但工作过程中时常会出现误报警的现象。经过理论计算和实验分析，发现特种车辆特殊的工作环境都很恶劣，且此系统使用的油箱是和转向泵共用的，设计之初为权衡车辆总体性能，并没有为此液压系统匹配专门的液压油，可能最终使用的液压油黏度较此系统的最佳黏度略偏高，且二级精滤处于补油泵吸油管路里，过滤时就需克服相当大的背压。故在正样车阶段，决定更换成相应的过滤精度的外挂滤，且过滤器自带旁通阀，装设位置处于补油泵压力管路处，就彻底解决了过滤器经常性误报警的故障。其中泵二级过滤的精滤所在位置对比，可见如图2所示。

图2 泵二级过滤前后对比回路图

2.2 故障的分析

经过对设计过程的梳理，并没有发现有什么隐含的设计缺陷。故决定对可能的故障液压元件进行破坏性的分解分析、对油液进行检测分析。其中油液取样严格按GB/T17489-1988的要求，取样点必须位于紊流区内，即雷诺数Re≥4000。

式中：D—管子直径，mm；V—油液流速，m/s；ρ—油液密度，kg/m3；μ—动力黏度，mPa·s；ν—运动黏度，mm2/s。按常规室温（24℃）的环境下，由（3-1）计算得知Re≥4000，符合要求的取样点均处于高压处，且故障车的液压元件都已总装到整车上，客观上并不适宜这种优先的取样方式，无奈只好选择从油箱取样的备用方法，取样示意图见图3。

图3 油箱油液取样示意图

根据本液压系统固有的特性，结合故障的现象，初步判断故障点可能发生的部位，对相关的液压元件进行分解分析。发现柱塞类的元件内腔表面，均有不同程度的表面研伤，柱塞孔不同程度的堵塞的情况。

对取样油液检测分析，发现油液的理化程度属于合理范围，但油液清洁度均远远超过设计初期要求的NAS 1638 9级。由此导致相关的液压元件都有不同程度的堵塞，其中具体故障情况汇总如表1所示。

表1 风扇液压传动系统故障情况

结合油液污染的可能原因和故障分析的结果，加上以往总装过的车型并没有出现相类似的故障。最终把故障定位在以下两个方面。一方面，转产后液压元件订货的产品质量是否有保证。液压元件加工和装配过程中残留的金属切屑、焊渣、型砂等相关机械杂质是否去除。液压元件运转过程中是否绝对保证液压管路的内部清洁。另一方面，此液压系统整车总装时，是否严格按照安装技术条件要求进行。即总装前，用水溶性的清洗剂清洗所有液压元件的需要密封处的表面，并用高压空气（约0.5MPa）吹净液压管路内腔。安装过程中，杜绝一切异物进入系统的液压管路中。

综上所述，确定故障车此类故障，问题根源还是在油液污染上，而且为油液外部污染，污染的过程处于产品后期总装过程中。只要控制好产品的质量，严格按产品安装技术条件安装，就可以杜绝此类故障的出现。经过此次故障的排除，更加验证了此类风扇传动系统是安全可靠的一种传动方式。

2.3 故障车的处理

为杜绝这批总装车辆相同故障的再度出现，结合故障分析结果，提出一下两个方案。对已经总装完毕的故障车辆，更换掉已经确定被损坏的液压元件后，必须彻底清洗整个液压系统的管路。对将要总装的车辆，在动力舱落舱前，建议对液压系统进行循环过滤清洗，即将泵、溢流阀、马达用工装代替，再将泵与滤油车进行连接，滤油车工作对系统进行循环清洗，确保本液压系统总装时，油液已达到设计清洁度要求。

3、油液污染的防范措施

3.1 液压系统的设计阶段

使用柱塞泵、马达的闭式液压系统，要严格控制系统使用油液的清洁度。为了保证轴向柱塞元件的功能，油液所需的清洁度至少为：按NAS 1638 9级；按ISO/DIS 4406 18/15。在液压油温很高时（90℃至最高115℃），需要清洁度至少为：按NAS 1638 8级；按ISO/DIS 4406 17/14。[4]在条件允许的情况下，设计初期尽量就确定采用清洁度有保证的二级过滤系统。在满足设计性能的前提下，做到系统过滤越精，以保证油液清洁度越好，使整个液压系统工作安全可靠，所有液压元件使用寿命尽量延长。

3.2 液压元件的试制装配阶段

严格控制产品入所的复验过程，确保产品质量合格的前提下，检查所有液压元件的工作油口是否都是做好预密封的。所有预密封的油堵是否有松动甚至脱落的现象。如果有松动渗油现象，必须进行松开油堵，检查油道、油腔是否已被污染，确定没有污染情况下，用水溶性清洗剂清洗油口密封面。如果出现油堵脱落现象，必须进行液压元件的规范的冲洗过程，确保所有液压元件系统总装前，是没有被污染的。

总装前，拆开包装后，应确保液压元件的油堵没有脱落的现象出现。油堵拆下后，应及时进行相应元件的总装。尽量做到总装到那个元件，再拆解相应元件的包装及相应的油堵。杜绝总装过程中，有异物进入液压系统管路里，造成系统的污染。

总装后，如系统需要预注液压油的，必须严格按设计要求的油液清洁度去过滤油液后，再注入系统。千万不要有新购进的油都是清洁的错误认识。

3.3 液压系统的使用阶段

车辆投入使用后，应严格按照系统的使用维护说明进行保养，按季节使用不用的油液，按车辆里程和使用期限，定期更换新的系统油液。确保系统里运行的油液，清洁度都是符合设计要求的。杜绝因油液污染而导致车辆的故障出现。以故障车为例，冬季必须使用CD 10W/40甚至CD 5W/40油（严寒区），其它季节使用SF/CD 15W/40；车辆每行驶满3000km，或者使用期间超过2年的，都必须进行更换新的油液进行保养。

4、结论

经过对此批次故障车辆的处理，后续使用再也没有出现类似故障。说明对此类故障定位准确，解决方案有效。实践证明，风扇液压传动系统，油液污染是可控的。

油液污染控制贯穿于整个液压系统的设计、制造、装配、维护、保养等过程中，要求各级人员在每一步都要考虑到保洁措施，最大限度降低系统污染，确保液压系统能够安全、可靠、高效地运行。这样可以大大提高车辆工作的可靠性，同时对液压元件的寿命也能大幅度的延长。因此，提高油液污染对液压系统危害的认识，是每一个从事液压相关工作的人员必需具备的。

[1] 龚烈航.液压系统污染控制[M]. 北京：国防工业出版社，2010年6月.

[2] 张蕊,郭智勇.液压系统油液污染对系统的影响[J]. 工程技术, 2011年第4期.

[3] 邱裕.工业液压润滑系统的污染根源与控制[J]. 液压与气动, 2006年第10期.

[4] Rexroth Bosch Group. 行走机械用液压及电子控制元件. RC 64017/08.01.

Research of Oil Contaminantion Control for Fan Hydraulic drive System

Xu Shihui, Tian Xiaoyan, Mai Jingdong, Liu Yan
( China North Vehicle Research Institute, Beijing 100072 )

A A fault of fan hydraulic drive system for a certain vehicle was analyzed, and then the damage to hydraulic drive system by oil pollution was evaluated. Some measures was taken to avoid the similar faults, which could served as technology conference for design of fan hydraulic drive system in the future.

oil pollution; double filter; clean degree

U463.22+1.6

A

A1671-7988 (2017)01-33-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.01.013

徐诗辉，就职于中国北方车辆研究所。