最新盾构机液压油的使用与维护.docx
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最新盾构机液压油的使用与维护
盾构机液压油的使用与维护
盾构机液压油的使用与维护
【内容提要】盾构机作为集机、电、液于一体的综合性大型的工程机械，其主要系统由液压部分组成。
而液压油的使用与维护是一个非常重要的环节。
使用或维护不当就会造成液压油的污染进而影响整个液压系统，所以液压油的使用与维护有严格的要求。
【关键词】盾构机液压油污染使用维护
1．概述
盾构机作为集机、电、液于一体的综合性大型的工程机械，其主要系统由液压部分组成。
而液压油的使用与维护是一个非常重要的环节，使用或维护不当就会造成液压油的污染进而影响整个液压系统，因此液压油的使用与维护变得尤为重要，并针对盾构机拆解、转场运输、掘进施工以及维修保养等各个环节，采取必要的维护措施，减少液压油污染对液压系统的影响，提高设备完好率，显得异常重要。
2．液压油
液压油就是利用液体压力能的液压系统使用的液压介质，在液压系统中起着能量传递、系统润滑、防腐、防锈、冷却等作用。
对于液压油来说，首先应满足液压装置在工作温度下与启动温度下对液体粘度的要求，由于油的粘度变化直接与液压动作、传递效率和传递精度有关，还要求油的粘温性能和剪切安定性应满足不同用途所提出的各种需求。
液压油必须能用持久性润滑剂薄膜覆盖所有运动部件。
该润滑剂薄膜可能因高压、供油不足、低粘度，过慢或过快的滑动而受到破坏，从而导致摩擦损耗。
（如一个通道阀的标准间隙为8至10毫米），除了摩擦损耗以外，损耗效应还划分为磨蚀、疲劳损耗和腐蚀性损耗。
由于没有一种液压又适用于所有情况，所以在选择和使用液压油时，必须考其特殊需要。
只有这样，才能保证系统可靠、经济地运行。
3．液压油的性能要求
在液压系统中，工作液体既作为工作介质传递液体动力，又兼润滑液压元件内相对运动部件的作用，为此液压油应具备下列基本性能。
3．1黏度要求
首先工作液体应满足液压系统在工作温度下与启动温度下对液体黏度的要求。
黏度用来表示油液流动时分子间摩擦阻力的大小。
黏度过大时会增加流体流动的阻力，使工作过程中的能量损失增加而造成升温，液压泵的吸入性能差，可能出现气穴想象；黏度过小，则泄露增多，容积效率降低，有可能相对运动之间的润滑油被切破，导致润滑性能差而产生磨损加剧，系统内泄增加，产生烧结现象。
所以对黏度的要求也包含对润滑性与抗磨性的要求。
3．2黏-温特性要求
应有良好的黏-温特性。
黏-温性是指油液黏度大小随温度的变化而变化的程度，通常用黏度指数表示。
黏度指数越大，液压系统工作中油液黏度随温度变化越小，从而使内泄漏不致太大，润滑性能也不会降低多少。
黏度指数一般不得低于90。
3．3抗磨性和润滑性要求
具有良好的抗磨性和润滑性，目的在于降低机械摩擦与磨损。
3．4抗氧化安定性要求
应有良好的抗氧化安定性。
抗氧化安定性是指油温升高时，抵抗与含氧物起化学反应的能力。
一般油温每升高10℃，其化学反应速度提高约一倍。
抗氧化安定性好的液压油长时间使用不易氧化变质。
3．5抗乳化性和抗泡性要求
抗乳化性和抗泡性能要好。
抗乳化性是指油与水混合搅拌后变成白色乳化液，静置后水从油中立即分离，恢复油本色的能力。
抗泡性是指油液中混入空气，经搅拌也变成乳状液，静置后气泡从油液中分离出来的能力。
抗泡性和抗乳化性差的工作液会降低油的容积模数，可压缩性增大，降低系统刚度和产生振动、异常噪声等。
3．6抗剪安定性要求
抗剪安定性要好。
为改善油液的黏度，油液中往往要加入聚甲基丙烯酯等高分子聚合物，其分子链较长，油液流经液压元件的小孔、缝隙时因剪切作用会使分子链遭到破坏。
3．7倾点
油品在标准规定的条件下冷却时，能够继续流动的最低温度称为倾点。
选用液压油通常要考虑液压油的倾点，润滑油的倾点应该比使用环境的最低温度低5-10℃。
3．8闪点
在规定的条件下，加热润滑油，当油温达到某温度时，液压油的蒸汽和周围的空气的混合气，一旦与火焰接触，即发生闪火想象即柴油效应。
这个温度称之为闪点。
一般闪点应比周围的温度高20-30℃。
3．9酸值
酸值是指中和1g液压油中的全部酸性物质氢氧化钾的毫克数。
酸值是衡量液压油氧化程度的重要指标，是液压油使用性能的重要参数之一使用过程中，酸值变大的油液，容易造成机械部件的腐蚀，还会促进油脂变质。
当酸度超过规定时要更换液压油。
3．10腐蚀
腐蚀是液压油在规定条件下，对规定金属试件的腐蚀作用。
4．质量要求
（1）合适的黏度和良好的粘温性能，以保证液压元件在工作压力和工作温度发生变化的条件下得到良好润滑、冷却和密封。
（2）良好的极压抗磨性，以保证油泵、液压马达、控制阀和油缸中的摩擦副在高压、高速苛刻条件下得到正常的润滑，减少磨损。
（3）优良的抗氧化安定性、水解安定性和热稳定性，以抵抗空气、水分和高温、高压等因素的影响或作用，使其不易老化变质，延长使用寿命。
（4）良好的抗泡性和空气释放值，以保证在运转中受到机械剧烈搅拌的条件下产生的泡沫能迅速消失，并能将混入油中的空气在较短时间内释放出来，以实现准确、灵敏、平稳地传递静压。
（5）良好的抗乳化性，能与混入油中的水分迅速分离，以免形成乳化液，引起液压系统的金属材质锈蚀和降低使用性能。
（6）良好的防锈性，以防止金属表面锈蚀。
（7）良好的洁净度。
为了提高各组件的工作寿命，ISO4406和NAS标准都规定了液压油油的洁净程度。
基于系统压力和系统组件的敏感性，可以得到油品洁净度的一个下限值。
例如，当系统压力为200bar，液压组件为常规组件时，要求的洁净度至少满足ISO4406的17/15/12要求。
如下表。
表1ISO4406表2对照表
（8）黏度。
它不表示该流体的质量，但是可以表明流体在某一特定温度下的行为特征。
在选择液压组件时，必须考虑到制造商给出的最大和最小粘度值。
5．液压油的污染
5．1颗粒污染
液压油的污染主要为颗粒污染。
除了颗粒大小外，颗粒的含量也是系统损耗的原因之一。
油液在循环过程中的颗粒含量越多，系统的损耗程度越大。
对于系统的清洁度，现行的划分方法有几种，目前受到全球认可的是ISO4406。
在100毫升流体中，分别确定大于2毫米、5毫米和1毫米的微粒数目。
统计可通过显微镜或自动微粒计算器进行。
然后再根据计算出的颗粒数目，给流体一个分级号。
例如，ISO4406定义的油品纯度17/15/12表示，每100毫升流体中，存在或允许存在直径大于2毫米的颗粒64000至130000个，大于5毫米的16000至32000个，而大于15毫米的2000至4000个。
如下表。
表3颗粒数与流体之间关系
5．2水污染
液压油的污染其次为水污染即液压油中水的含量。
一方面是水的存在增加了系统中的腐蚀性损耗；另一方面，水对油的老化性质具有不利的影响。
因此，检测油中的水含量是很有必要的。
规定水在油中的含量不得超过0.05%。
5．3污染环节分析
盾构机在施工过程中涉及到过站、转场、大修、拆解、组装、调试等。
作业频繁，加之使用环境恶劣、高温、大载荷等特点，液压系统油液颗粒污染问题十分突出。
5．3．1盾构机液压系统颗粒污染的类型
从污染颗粒的来源分析，盾构液压系统颗粒污染主要有如下几种：
（1）装配性污染
盾构机在车间、井下组装调试过程中，毛刺、砂、金属碎片等颗粒进人系统造成的污染；
（2）生成性污染
盾构机掘进施工中，装配颗粒引起的运动副表面磨损加剧造成的污染；
（3）吸入性污染
颗粒通过液压系统透气孔、油缸密封、新油加注等进入系统造成的污染。
（4）维护性污染
设备在故障时，处理故障所产生的污染。
5．3．2盾构液压系统污染的主要环节
结合盾构施工不同阶段的特点和污染产生的机理，造成液压系统颗粒污染的主要环节可以分为如下几个方面：
（1）盾构机液压元器件制作、安装过程中清洁不彻底或防护措施不当，致使污染物潜伏在系统内部而造成的污染；
（2）掘进施工时盾构机液压系统运转中运动副表面磨损并不断加剧造成的生成性污染、液压系统呼吸过程中产生的吸入性污染和更换液压元器件和滤芯造成的装配性污染；
（3）盾构机拆解与组装不恰当施工造成的污染。
（4）盾构机大修保养时造成的污染。
当液压油受到污染，或未经过正确过滤而含有坚硬颗粒（金属碎屑、沙粒等）时，相对滑动的部件会发生磨蚀损耗。
残留杂质在高流体流速下也会导致磨蚀。
组件的气蚀可能改变物质的结构，从而引起疲劳损耗。
泵轴会因液压流体受到水污染而加快损耗。
长期不用和使用不当的液压油，会导致腐蚀性损耗。
因潮湿而在滑动面产生的锈渍会使设备加速耗损。
其危害性主要表现在如下几个方面：
（1）盾构机液压泵等元件磨损加剧、烧伤甚至破坏，比例阀、换向阀等的动作失灵或者引起噪声；
（2）污染物会堵塞系统液压元件的节流孔或节流缝隙，改变系统的工作性能，引起定位不准、动作失调甚至完全失灵；
（3）颗粒污染会造成推进油缸等活塞杆与密封件的损坏，缸体内表面的拉伤，造成推力不足、速度下降以及产生异常声响与振动；
（4）引起滤芯堵塞，供油、回油不畅等，甚至造成滤芯击穿，完全丧失过滤作用。
（5）泵和马达机械性损伤如点蚀等。
6．使用与维护
6．1液压油的选择
液压油的选择原则主要考虑的因素有：
液压系统的环境条件、工作条件、工作液体的质量性能特性、经济性以及维护保养等。
要选择正确的液压油，必须了解液压油在油箱（开放式系统）中的工作温度与周围环境温度的关系。
在选择液压油时，应该使液压油在工作温度范围内的黏度保持在最佳的变化范围之内（Vopt），请参阅选择示意图中的阴影部分。
图1选择示意图
图中文字：
Viskositatv（mm
/s）黏度
Temperaturet（℃）温度
例：
环境温度X℃，供给油箱内的工作温度稳定在60℃；最佳操作黏度范围（Vopt，阴影部分）对应的黏度级VG46或VG68；故选择VG68
除了氧气、光线和催化作用以外，影响液压又使用寿命的一个主要因素就是所谓的“柴油效应”，该效应很大程度上取决于油温的高低。
柴油效应是一种空气-气体混合物的自燃现象。
当油被迅速压缩时，其中夹杂的气泡被剧烈地加热，从而发生自燃。
这使得该处的温度和压力条件恶化，损害密封，最重要的是对油的老化性质有不利的影响（增加酸性物质的含量、形成树脂）。
使用质量最好精炼基油是一个好的开端，但只有在基油中加入添加剂（如抗氧化剂）才能使现代液压流体在各种环境下都有较为理想的使用寿命。
此外，还需要避免油的操作温度达到80℃-温度每增加10℃，油品的使用寿命将减少一半。
6．2液压油的使用
液压油的正确选用，是保证液压设备正常运转和高效率的前提，对确保液压元件和液压系统能适应各种环境条件和工作状况，延长元件和系统的使用寿命，提高液压设备的可靠性，少出故障，节省能源等方面有着举足轻重的直接影响，不可等闲视之。
液压油的选择与使用需遵循以下几个方面：
（1）适宜的黏度及良好的粘温性能,以确保在工作温度发生变化的条件下能准确、灵敏地传递动力，并能保证液压元件的正常润滑。
（2）具有良好的防锈性及抗氧化安定性，在高温高压条件下不易氧化变质，使用寿命长。
（3）具有良好的抗泡沫性，使油品在受机械不断搅拌的工作条件下，产生的泡沫易于消失以使动力传递稳定，避免液压油的加速氧化。
（4）良好的抗乳化性，能与混入油中的水迅速分离，以兔形成乳化液导致液压系统金属材质的锈蚀和降低使用效果。
（5）良好的极压抗磨性，以保证液压油泵、液压马达、控制阀和油缸中的摩擦副在高压、高速苛刻条件下得到正常的润滑，减少磨损。
（6）泄油温度受到压力和转速的影响，始终高于供给箱的温度。
整个系统中任何点的温度都不得超过90℃。
（7）与橡胶密封件的相容性要好。
（8）具有良好的可过滤性，以便经过滤油器时能容易过滤油中的杂质，保证油液清洁。
（9）不易产生臭味及毒性，有利于环保，也能方便废油的再生处理。
（10）能满足其他特殊条件下使用的要求，如高温、高寒等较恶劣条件下的使用要求。
6．3换油与补油
取用液压油前，必须确认油液的种类和牌号，切勿弄错。
从取油到注油的全过程都应该保持桶口、罐口、漏斗等器皿的清洁；注油时应进行过滤。
6．3．1换油周期的确定
液压油在高温、高压下使用，随着时间的延长会逐渐老化变质，会出现下述状况：
（1）油的状态变化。
这是指油的颜色、气味和外观变化等油品的老化现象。
表现出发臭、颜色慢慢变深、变黑、浑浊或有沉淀等。
（2）闪点降低，但注意混有不同种类的油品也有此现象。
（3）酸值显著变化。
（4）机械杂质增加。
（5）抗乳化性和抗气泡性变差。
（6）稳定性变坏。
变质的液压油不能满足液压系统的要求，需要更换。
目前确定换油时间有三种方法：
根据经验换油、固定周期换油和综合分析换油。
第一种方法凭现场经验，通过“看、闻、摸、摇”等简易方法如表4。
规定当油液变黑、变脏、变浊到某一程度变换油。
第二种方法是很据不同的设备和不同的油品，规定使用半年、一年或运转1000-2000h后换油。
上述两种方法应用较广，但不太科学，不太经济。
第三种方法是通过定期的取油样进行化验，测定必要的项目。
以便连续监视油液变质情况，根据液压油的物理化学性能指标变化的实际情况确定何时换油，这种方法较科学。
表4现场鉴定液压油的变质项目
试验项目
检查项目
鉴定内容
外观
颜色、雾状、透明度、杂质
气泡、水分、其他油脂、尘埃、油变质老化
气味
与新油比较，气味（恶臭、焦愁）
油变质，混有异种油否
酸性度
PH试纸或硝酸侵蚀试验用指示剂
油变质程序
硝酸侵蚀试验
滴油一滴于试纸上，放置0.5-2h，观察油浸润情况
油浸润的中心部分，若出现透明的浓圆点即是灰尘或磨损颗粒，油已变质要注意
裂化试验
在热钢板上滴油是否有爆裂的声音
水分的有无与多少（声音大、长的水分多）
6．3．2换油标准例
液压油的更换标准，各个地方虽不尽相同，但控制项目大同小异。
如表5
表5换油标准
试验项目
标准
外观
目测：
不透明或浑浊
色度（GB/T6540）
比新油的变化大3号色度板
40℃运动粘度（GB/T265）变化率
超过±10%
酸值KOH（GB/T264）增加值
>0.3mg/g
水分（GB/T260）含量
>0.1%
铜板腐蚀
铜板颜色发暗，有黄褐色斑点
机械杂质（GB/T511）质量
>0.1%
正戊烷不溶物（GB/T8926）
>0.1%
6．4使用注意事项
（1）要保持液压系统的清洁，及时清除油箱内的油泥和金属屑。
（2）按换油参考指标进行换油，换油时应将设备各部件清洗干净，以免杂质等混入油中，影响使用效果。
（3）储存和使用时，容器和加油工具必须清洁，防止油品被污染。
（4）某些液压流体对维护的要求很高，比如，某些流体在静止相当长一段时间后，需要进行流动和重新混合才能再次使用。
（5）注意防水。
（6）按照规定更换滤芯。
（7）如果流体中的添加剂易于失效或蒸发，则需要经常对其进行化学和/或物理测试。
检查液压流体的状况有一些简单的测试方法。
在不确定的情况下，流体或过滤器的供应者要对样品进行分析，决定该流体是否适合进一步使用。
为保证系统安全运作，每3个月进行一次油样检验。
7．结束语
确保盾构机液压油的清洁，可以有效减少盾构机故障发生频率，提高盾构掘进施工的稳定性和安全、可靠性。
因此，应该合理的选择使用与维护液压油品。
有效提高盾构设备的完好率。
参考文献
[1]许福玲.陈尧明，液压与气动传动北京：
机械工业出版社，2003
[2]陆望龙.液压系统使用与维护，北京：
机械工业出版社，2006
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