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液压系统过热的危害、原因及消缺措施
资料梳理:成都华标企管 蒋良君

写在前面:方便企业设备人员掌握液压系统过热的原因与消缺措施,笔者研读了与液压系统过热有关的书籍及文章后,结合成都华标企管的老师辅导企业的良好实践,梳理编制了以下资料,仅供企业设备人员参考。有关参考文献,在本文章后有注明。
摘要: 液压系统过热现象会直接影响系统的工作性能,给液压系统带来很大的危害。液压系统中组件机械摩擦、容积损失,油路设计不合理及未能合理选择油液是造成液压系统过热的常见因素。为保证液压系统能正常工作,必须做好消缺措施,使液压系统的油温保持在正常的工作温度范围之内。
关键词: 油温;过热;渗漏;危害;故障诊断;排故

一、液压油各温度范围的性质
油液工作温度在30 ~ 47 ℃ 为理想温度区域,47 ~ 55℃为安全温度区域,55 ~ 65℃为注意温度区域,65 ~ 80℃为临界温度区域,80 ~ 100℃为危险温度区域。在理想温度区域和安全温度区域下工作的油液,油温适当;在注意温度区域和临界温度区域下工作的油液使用寿命会缩短,必须进行冷却,每上升10℃油液寿命缩短一半;因此应控制油温,不允许油液在注意温度区域和临界温度区域下工作。
 
二、液压系统过热的危害
从上述内容可以看出,为保证液压系统正常工作,液压系统的工作温度必须保持在一合理范围内。液压系统中的油温在一般情况下,正常工作温度为40 ~ 60℃,最高不应超过70℃,否则会导致油温过高、液压系统过热,致使液压系统发生各种故障,给液压系统带来危害如下:
2.1 油液粘度降低,渗漏增加并引起系统发热系统过热。
油温升高,会使油液粘度显著下降,油液变稀,一方面使渗漏增加,流量损失加剧,损耗转化为热能使系统过热;另一方面,油液变稀,系统滑动部位油膜易被破坏,摩擦阻力增加,机械损失加剧,损耗转化为热能,引起系统发热,如此导致恶性循环。油液黏度下降,经过节流阀时,特性发生变化,使活塞运动速度不稳定。
2.2 液压系统过热,会导致液压系统效率降低。
液压系统过热,导致液压元件之间的配合间隙发生变化,如果间隙变小,会出现“卡死”现象;间隙变大,就会使渗漏增加,导致液压系统效率降低。
2.3 油温过高,使橡胶元件老化、失效,造成渗漏。
液压系统中,密封元件和高压软管大部分使用的是橡胶材质,如果系统油温过高,则会加速橡胶元件的老化、失效,使用寿命大大下降,降低液压系统密封性能,造成严重渗漏。
2.4油温过高,液压油的氧化形成胶状沉积物,易堵塞滤油器,使液压系统不能正常工作。
2.5由于油温升高出现油液气化,使“气蚀”现象更加严重,使液压泵产生穴蚀,损坏油泵。
2.6油温过高使液压油的氧化速度加决。当油温超过55℃时,油温每升高10℃,液压油的使用寿命要缩短一半。
2.7降低整个液压系统的工作精度。油温升高黏度下降,使油液变稀,液压系统流量增加,渗漏量增大。由此产生液压系统性能不稳定,液压系统工作精度下降。
2.8矿油型液压油的使用温度范围对液压设备和液压油状况的影响见下表。
有效地控制液压系统过热,是液压系统设计、安装、调试工作中的一个重要环节。
 
三、导致液压系统过热的原因及消缺措施

3.1 液压系统设计方面的原因
(1)液压系统中设计的油箱容量太小,不利于散热,导致油温升高,系统过热。
(2)按进给速度选择液压泵容量的定量泵供油系统,液压泵输出的功率有很大一部分在高压下从溢流阀流走,功率损耗引起油液发热,导致系统过热。
(3)液压系统中没有设计卸荷回路,当执行元件停止工作时,液压泵不能直接卸荷,泵输出的高压流量全部从溢流阀流回油箱,造成溢流损耗,导致油温升高,系统过热。
(4)油路铺设不合理。液压系统管路太细太长,弯曲多,截面变化频繁,使管路的局部阻力加大,阻力系数可能比正常状况大2~3倍,局部压力损失和沿程损失大,系统效率低,液压油产生热量。
(5)油箱结构不合理,开式油箱结构设计没有设计隔板,或隔板数量太少。
(6)油箱底没有离开地面
消缺措施:
(1)加大油箱容量,油箱底应离开地面150mm以上以利于放油、通风、冷却和搬运。
(2)小油箱,需要
用一块隔板将油箱分成两部分,隔板的两侧放置回油管和吸油管。油经过隔板上的孔流到油箱的另一部分。若没有用隔板将油箱分隔成两个相互连通的空间,回油管出来含有热量和污垢的油,还没来的及将热量散失掉,立即被吸油管又吸回系统。
(3)中大的油箱
需要几块隔扳,使油经过曲折的途径才能缓慢到达油箱的另一部分,若隔板的数量太少。来自回油管的油液没有足够的时间沉淀污垢和散热,将使系统累积热量增加,油温升高。
(4)采用变量泵或卸荷措施
(5)改进回路设计,加大管径,缩短管路,应尽可能减少管路接头的数量,减少油管的急转弯数量,使油流通畅。 
 
3.2 液压油箱内油位过低
(1)油箱内油量不足,油液循环太快,不能充分在油箱静置散热,引起油温升高。油量少还容易造成气穴、振动,加速油温升高。
消缺措施:
(1)油位标识可视化。首先要确保液压油箱中油液的高度在正常范围内,可用不干胶对油标进行可视化标识上限、下限,以方便员工日常巡检。
(2)做好液压油位的检查。应严格按照企业的点巡检标准、操作规程中对液压油油位的规定,定期检查(至少每周1次)油箱油位,发现油位不足,必须及时添加同牌号的液压油至规定油位,确保油量充足。推荐参考文章《液压系统点检与维护实用方法》
 
3.3 液压油冷却循环系统工作不良
(1)液压系统中,通常采用水冷或风冷两种冷却方式对液压系统进行降温。冷却器、油箱表面太脏、积尘,也会影响冷却效果。水冷器附着污垢、结垢致使循环不畅,导致油温过高;风冷器散热片附着灰尘、油污会堵塞通风孔,流经冷却器的油的热量不易散发,不利于散热,导致油温升高。
(2)风扇转速太低或冷却散热器功率偏小与实际应用环境温度不匹配(特别是在高温环境)。
(3)冷却油路压力调整不当,使安全逆流阀经常开启,一部分液压油不经风扇马达而从溢流安全阀回油箱,使风扇马达转速过低,降低了冷却效果。
消缺措施:
(1)风冷式冷却器
a)应根据日常检查的情况,若发现散热器积尘,应及时除尘、清洗,去除污物,使其散热良好。
b)日常巡检应查看风扇的转速度,听皮带声音,看皮带运行的状态,停机时检查皮带,根据需要调整风扇皮带的松紧程度,视需更换皮带。
c)根据需要,配置更大功率的冷却器。实例:桂林艺宇公司纸板车间五层线1#卡匝单瓦机的液压系统,因使用环境温度高,系统油温过热经常报警,成都华标企管鄢文军老师和艺宇公司设备经理张平一起在现场诊断分析后,确定更换了更大功率的工业风冷器,改善后控温效果良好(低于50)。
 
(2)水冷式冷却器
a)应采用干净的水,不干净的水应配置滤水器。
b)日常巡检应水冷器的水流动正常。
c)每年应对水冷器内部进行清洗除垢,确保散热效果。应注意,用自来水冷却的长时间会产生水垢,会对流量和换热效果有影响,因此必须定期清洗,也可在水塔添加阻垢剂以延长清洗周期。
d)寒冷季节使用冷却器,停用时应尽量放尽冷却器的水和油,避免冻裂冷却器。
(3)根据实际需要使用更大功率的冷却器,条件运行,可将风冷改为水冷。
(4)定期检查和维护液压油冷却循环系统,出现故障,及时停机排故。
 
3.4 液压油液选择不当
(1)要综合考虑液压设备的性能和工作环境等相关因素合理选用液压油。黏度过高或过低,若选择不当,都会导致油温升高。
(2)油液黏度过高,会增加功率损失;油液流经管路及各种渗漏油道的压力损失增大,压力损失增大导致其在系统产生的热量就增加,油的温度升高较快。故有的用户为了弥补液压元件磨损严重造成的内渗漏增加而选用高黏度液压油以期降低油液温升速度时,其结果适得其反。
(3)油液粘度过低,引起内渗漏增加,照样油温升高快。
消缺措施:
(1)设备若在普通环境下工作,通常采用普通液压油即可;设备若在高温环境下工作,应该选择粘度大、抗燃性好的油液;设备若应用在高压、高速的工程机械上,则应选用吸附性能强、抗磨性能好的液压油;液压伺服系统则应选用质地纯净、压缩性小的液压油。
(2)液压设备的运行情况与所用液压油质量密切相关。液压油的选用主要取决于下列各使用条件,例如:
a)温度(见粘度等级)
b)设备种类(禁止使用指定的液压油可能与金属、密封件等起不正常反应)
c)使用方式(如环保的液压油)
d)周围环境(使用已有的液压油)
(3)可参考液压油生产商的说明书,可参考国标GB11118.1-2011液压油(L-HL、L-HM、L-HV、L-HS、L-HG)。
(4)液压油的选用宜按设备厂商推荐的油号及设备所处的工作环境、气温因素来确定,也可邀请国内专业的液压/润滑专业机构提供油品选型服务(具有油品检测、监测和润滑故障诊断能力的机构)。
(5)对于一些有特殊要求的设备,应选用专用液压油。如在北方冬季,最好选用低凝液压油;当液压元件和系统保养不便时,应选用抗磨性能好的抗磨液压油。油的黏度对油温影响很大。
(6)另一方面,不可将油混用,应做好油品防污染工作,保持油的洁净。
 
3.5 油液不洁被污染
(1)液压油受污染后,会堵塞液压元件,污染物会堵塞液压元件进出油或其间隙, 引起动作失灵, 影响工作性能或造成事故, 还可能引起滤网堵塞, 并可能使滤网完全丧失过滤作用。油液污染可加速元件磨损,污染颗粒在液压缸内会刮伤缸筒内表面, 加速密封件的损坏, 使渗漏增大, 引起推力不足或者动作不稳定、 爬行、 速度下降、 异常噪声等故障现象, 严重影响系统的稳定性和可靠性。可加速油液性能的劣化。
(2)回油路堵塞。回油路及冷却器由于脏物、杂质堵塞,压力增高,打开旁通阀,不经冷却器而直接流向油箱。
消缺措施: 
(1)液压油品和器具,应做好防污染措施,油品牌号标识明确醒目,做好油品储存点最基本的5S管理工作。
(2)在加油之前必须确保加油器具洁净,并将加油口清理干净才能加油,加油必须过滤。(也就是润滑中的“二洁”)
(3)在加油时,可定期排放油箱底部的少量油。
(4)按期更换过滤器,过滤器精度应与液压元件匹配。
(5)在油箱底部放强磁铁。
(6)若液压系统在有粉尘或潮湿的场地运行时,可更换带有吸湿、过滤功能的油箱呼吸帽。
(7)换油时,应按清洗操作规程清洗油箱及液压系统,按需更换过滤器,一定要过滤(或用滤油机加注)或更换同牌号油液。
(8)按质换油或按期换油。定期对液压油进行检测,发现达到换油标准时,应及时更换符合标准的液压油。通过定期检查,可了解液压油的理化指标、污染度、含水量、酸度、粘度等,确保油液的正常防止因油液变质造成液压系统摩擦发热的恶化。换油时,应按规程清洗油箱、更换滤芯、排空液压泵、马达、油缸油管残留的油液。推荐好文及标准《一文搞懂液压系统固体颗粒污染度等级代号》GB/T14039《液压传动油液固体颗粒污染等级代号》、SH/T0476L-HL《液压油换油指标》等。
 
3.6 液压系统中进入空气
(1)液压系统中发生气穴,气泡破裂,油温急剧升高。液压油中混入的气泡,当气泡随液压油液运动到高压区时,这些气泡会受到高压油挤压,在高压作用下迅速破裂,于是产生局部液压冲击,放出大量的热量,引起局部油温过高。
(2)系统进空气,产生空穴、气蚀作用,导致油泵、马达、密封材料的破坏;
(3)产生噪音、振动和爬行现象,降低液压系统的稳定性。可使液压泵的容积效率下降,能量损失增大,液压系统不能发挥应有的效能。液压油导热性变差,油温升高,引起化学变化。
(4)液压泵的吸油管路中,如果吸油管直径较小、液压泵安装高度过高、或吸油管路中阻力较大,都会使吸油管路压力过低而发生气穴;
(5)液压泵转速过高,吸油不充分形成真空也会引起气穴现象。在液压回路中,当压力油流过节流口、喷嘴,或导管中的狭窄缝隙时,由于流速急剧增加,根据伯努利方程可知,压力将降的很低,这时也可能产生气穴。
消缺措施:
(1)为防止空气进入,日常应检查管接口、阀组等处的密封性能,高压管接头松动或油封损坏而吸入空气。液压系统应有良好的密封性,发现损坏的密封及时更换,各接头应牢固,发现接头漏油、渗油大多数是由于密封损坏或接头磨损严重造成,应及时更换。
(2)每次更换油液,要将液压系统中的空气排空。
 
3.7 环境温度过高
如果液压设备在高温环境下工作,会使油温过高。
消缺措施:
(1)液压设备的工作环境温度应与其设计时允许的工作环境温度相符合。
(2)可行时,可利用隔热材料和反射板等装置,或加强通风设施。
(3)或增加大功率的液压油冷却器。
 
3.8系统压力调试不当
系统安全阀限定压力调整过高或过低,都会引起系统发热增加,如安全阀限定压力低,当外载荷加大时(如挖掘机挖较硬的土或其他东西时),液压缸便不能克服外负荷而处于滞止状态(即挖不动)。这时安全阀开启,大量油液便经安全阀流回油箱;反之,如安全阀限定压力过高,将使液压油流经安全阀的流速加快,流量增加,因此热量增加。
消缺措施:
合理调整系统压力。如果液压系统油温过高,应查看压力控制阀的调定值是否偏高,如果过高,降低机器工作压力。系统压力的调整包括先导系统的压力和主系统压力的调整。主系统压力应按说明书的要求进行调整。很多设备的先导系统与冷却风扇马达共用一个液压泵供油,如果系统压力调整不当,使进人风扇马达的油流量减少,马达转速降低,因此冷却效果明显下降。
 
3.9 系统渗油、漏油
(1)所采用的密封件尺寸不符合标准,导致密封不起作用。或应密封圈材质与液压介质、温度不匹配。
(2)因元件磨损失效、密封老化失效、元件质量问题等,导致液压管接口渗油、阀组渗油、活塞杆密封渗油、液压缸内漏等。系统渗漏,还可导致系统进空气,产生空穴、气蚀。
消缺措施:
(1)因此在选用密封件时,要选用符合标准的密封件,可参考厂商液压系统说明书及相应的国标、行标。
(2)密封圈的材质要与工作液体相容(参考下图),密封圈的工作温度要在密封材料容许的范围内,用过的密封圈不宜再次使用。
(3)制造和装配因素。所有的液压元件及密封部件都有严格的尺寸公差、表面处理、表面光洁度及形位公差等要求。因此要求更换液压元件应采用正规厂家生产的液压元件应在满足质量要求的情况下选择性价比高的,而不是只采购最便宜的
(4)装配前密封圈表面、零件上的密封表面及安装密封圈的沟槽必须清洗干净,不准粘有脏物;密封圈的唇边和表面不得有任何划伤,零件的密封表面及安装密封圈的沟槽尺寸要准确、表面粗糙度要符合规定、不得划伤或留有加工刀痕;装配时要密封圈或零件表面上涂油脂润滑,以便顺利装配到位,防止划伤。
(5)密封零部件损伤、老化。密封件是由耐油橡胶等材料制成的,由于长时间使用发生的老化、损伤,或因高压管口密封圈库存时间过长导致老化后安装使用等都会引起渗漏。因此要选择合适的密封件,延长其老化时间,发现有渗油、漏油的地方及时更换密封。对高压管的贮存时间不能超过厂商规定的时间,时间过长,会造成老化现象。贮存期,可参考《库房或现场存放高压胶管的好方法》

3.10元件磨损严重
液压系统中的主要元件很多部位都是靠间隙密封的,如齿轮泵的齿轮与泵体,齿轮与侧板,柱塞泵、马达的缸体与配油盘,缸体孔与柱塞,换向阀的阀杆与阀体,其他阀的滑阀与阀套、阀体等处都是靠间隙密封的。一旦这些液压件磨损增加,将引起内渗漏增加,导致温度升高,从而使油的黏度下降,因此又导致内渗漏增加造成温度进一步升高。这样就形成了一个恶性循环,使油液温升速度极快,这也是很多旧的液压机械设备温升过快的主要原因。
消缺措施:
(1)及时检修磨损过大的零部件。从原因分析中可知,液压件(尤其是泵和马达)磨损过甚后,内渗漏严重,引起发热,甚至不能工作。据统计,在正常使用情况下,进口设备的液压泵、马达工作5~6年,国产液压泵、马达工作2~3年,磨损就相当严重。容积效率下降,需要进行检修;如不进行检修,就会出现冷机时工作基本正常,工作1~2h后,系统各机构的运动速度明显变慢,需停机,待油温降低后,才能再工作。若冷却风扇马达和供油泵磨损严重,容积效率降低。风扇转速低,散热效果差。温度升高就快,此时应及时进行检修或更换。
(2)换油清洗或检修时应做好液压件的清洁工作。对液压系统进行换油清洗或检修时,需要做好保养、检修现场的清洁工作,地面做好铺垫,避开风口,不要使用电风扇。液压油管拆开后及时用油堵堵上,防止脏污侵入。液压元件拆卸后,零部件摆放整齐,故障排除后及时恢复。减少污染物的侵人,减少污染物对液压元件磨损的影响,从而减少液压元件异常发热的机会。
 
四、液压系统过热故障诊断与排除

系统过热的原因是多方面的,采用热像仪或红外测温法,按照“由外至内,先关键后一般”的原则分析和排除系统故障。首先,检查系统外渗漏情况,检查油管、管接头、油质、油量、油路堵塞情况,一旦发现故障及时排除;其次,检查关键部位。
当液压设备出现系统过热故障时,可借助以下系统过热故障诊断流程来分析,并采取相应排障对策。
热像仪或红外测温法检测液压元件壳体(可通过检查同工况同环境的同类设备横向对比)→液压系统过热→观察油管和管接头→油管老化,管接头松动→更换油管和管接头→观察油箱→油质不洁→过滤或更换同牌号液压油→油液油位不足→补充同牌号液压油→观察油路→油路堵塞→拆下相关部件清洗油道,压缩空气吹通吹干→观察系统中各元件渗漏是否严重→渗漏严重则修复或更换渗漏严重元件→液压系统设计是否合理,进而改进回路设计。
我们应从以下几个方面做好液压设备的日常维护和检查工作,及早发现和排除系统的小问题,防患于未然。
(1) 要严格遵守操作规程或点检标准中对油箱油位的规定,使系统有足够油液以进行循环冷却。
(2)在执行机构不工作时,应及时使系统卸荷(我们辅导企业时最常见问题如:升降机不用时没停在底层、打包机不用时还在负荷状态)。
(3)经常或定期清洗冷却装置,让其始终保持良好的工作状态。
(4)根据工作环境温度,选用合适的液压油:工作环境温度高时,应选用粘度大的液压油;工作环境温度低时,应选用粘度小的液压油。
(5)夏季高温时,设备连续运转时间不能过长,在气温高于30℃条件下,通常液压设备连续作业时间不能超过4 小时。
(6)冬季气温低于10℃时,应使系统在空载状态下运转20分钟,让油温升到规定值。

液压系统中温升过高是液压传动中常见故障,并且较难处理,需要从设计、安装、使用、维护等诸多环节上加以控制,学习是进步的源泉,我们要认真学习液压传动的基本原理, 掌握液压故障分析与消缺方法(多看液压专业书籍和文章,向液压专业技术人员及老师学习), 用我们所学,解决液压系统过热等问题。

参考文献:
[1]王九,熊云.《液压油产品及应用》.中国石化出版社
[2]王萍.浅析液压系统过热的故障诊断与排除.质量与标准. 2021 年第7 期
[3]孙光全,董兴洪.液压油管理不善给综掘机造成的危害及消缺措施.工程技术.2017年6月
[4] 徐维玲.液压油温度过高的危害及常见原因分析.机械设计

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《液压系统故障诊断的常用方法》
《液压系统点检与维护实用方法》 
《一文搞懂液压系统固体颗粒污染度等级代号》
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