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油壓油與濾油器管理規則

前言
        隨著產業機械日漸向無人化和精密化,油壓裝置也步向高壓化與高精密度,而使用于油壓裝置的油壓作動油,則擔當了最重要的任務。
        工作油之任務不僅是傳達動力而已,更兼備油壓裝置各部之潤滑、防銹、防漏、冷卻等作用。故作動油保養之良窳不僅影響本身的使用周期,而對于機械設備的使用效率與壽命其影響更大,因此提供一些管理基準與保全方法。希望能夠重視油品管理,來降低生產成本,對企業的成長有所助益。

一.作動油之特性(欲管理油先了解特性)
        工作油不良會使機器的效率降低,消耗動力增加,更嚴重時會使機器零件損壞,造成機器故障。根據先進國家的調查資料,油壓機器的故障原因,有70%以上為作動油使用與管理不常所致。因此作動油之管理工作若能做得好,則油壓機器之故障當可防患未然,并可延長其使用壽命,降低生產成本。

二.作動油之特性(欲管理油先了解特性)
        作動油應具備的性質
        1.適當的粘度━━ 一般均以cst(動粘度)來表示
        油壓裝置工作油粘度的選擇,一般都以油壓泵作主體來決定適當的粘度,在正常使用溫度范圍內適當的粘度范圍是在20-80cst高壓使用者請使用粘度較高者。
         2.耐磨性佳者━━ 現有的油壓抓哏擬制,都朝高壓高速發展,作動油壓具有耐磨性之添加劑,以防患機器被磨耗。
        3. 酸化安定性佳━━ 使用中之油品不變質。
        4.氣泡分離性佳━━ 使用中之氣泡容易冒泡。
        5.油水分離性佳━━ 使混入油中之水分能盡早分離。
        6.防銹性━━ 防止油壓裝置內部生銹。
        其它應具備的特性尚有比重、壓縮率、粘度指數等。

三.作動油之選擇
了解作動油應具備之特性后在使用前,尚須注意下列幾點事項:
        1. 須找較有信譽與出名之油商購買作動油,當選定好作動油是切勿隨意更改。因不同廠牌或種類的油,其添加劑配方不同,混用后易造成油品的不良。
        2. 售后服務較好的油商均會定期檢查其產品,在購買前當與約定,須定期檢驗油之品質以確保機器的安全。

四.作動油的管理基準
        1. 污染度━━工作油中含有油以外的異物,大都為固態的粒子,這些粒子都以μm為單位的細小物質,其對該機的性能壽命影響最大。因這些微小的粒子能隨作動油循環,而當粒子侵入機器之主要折動部位時,可能產生起動不良,或發生其它故障,更造成內部磨耗,產生更多的磨耗粉粒, 增加工作油的污染度。
        (1)污染的原因
        ① 制造組立時之殘留物未完全清除。
        ② 機器運轉時由外部侵入的塵埃。
        ③ 機器運轉時裝置內所產生之物質。
        2.污染度的測定方法與管理基準
        一般污染物質測定方法有計數法及質量法。
        (1)計數法━━ 一般是利用自動微粒子測定器HIAC(商品名稱)來計算油中污染粒子的數目,以NAS-1638規格為基準來判定級數。
        工作油中的容許粒子數 NAS-1638 SAE ARP-598 計數法(100me中)

污染等級
00級 0級 1級 2級 3級 4級 5級 6級 7級 8級 9級 10級 11級 12級
污染粒大小及數量 5-15μ

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000

32000

64000

128000

256000

512000

1024000

15-25μ

22

44

89

178

336

712

1425

2850

5700

11400

22800

45600

91200

182400

25-50μ

4

8

16

32

63

126

253

506

1012

2025

4050

8100

16200

32400

50-100μ

1

2

3

6

11

22

45

90

180

360

720

1440

2880

5760

100μ以上 0

0

1

1

2

4

8

16

32

64

128

256

512

1024

        5級 伺服機械設備用油標準 6級 變量泵機械用油標準 7級 一般定量泵機械用油標準
                 (2)計數法的管理基準
        新油為NAS7級,一般油壓機以NAS10級為界限達10級時,應進行過濾作業,否則應更換工作油,而伺服系統之油壓機,以NAS8級為界限最好能在6-7級以內使用。         (3)質量法━━一般是利用0.45μm酯織維素制造的薄膜試紙過濾器,將100cc的試料加入同量的石油醚稀釋,使通過薄膜試紙再取出干燥后測量其重量差,以求得污染量。
        工作油中的污染物質量NAS-1638 SAE ARP-785 質量法(100me中)
等級

100

101

102

103

104

105

106

107

108

重量mg

0.02

0.05

0.10

0.30

0.50

0.70

1.0

2.0

4.0

         (4)質量法的管理基準
        一般的油壓機器以2mg為界限,而伺服系統以1mg為界限。         3.水分━━混入油中的水分一般以容量比(%)表示,通常新油約為0.005%的水分含有率。水分是促使作動油酸化進行之觸媒,將提早使油劣化,更使油壓裝置及配管等發生銹蝕,機器的折動部分油膜破裂,產生燒壞及磨耗。 產生水分的原因
        (1)油壓機械及配管之油封迫緊類之劣化及磨耗,使水分易滲入。
        (2)水冷式冷卻管破裂。
        (3)油桶內空氣濕度變化產生的冷凝水。
        (4)油箱透氣孔及蓋等侵入。
        水分的管理基準━━ 油中含水量0.1%為界限,超過時應適當施以過濾水分作業,否則酸化進行后唯有更換。
         4.粘度━━ 粘度是液體流動是所產生之內部抵抗,亦粘度本身粘性的尺度,現一般均以動粘度cst表示。
        (1)粘度變化的影響。
        粘度低時:
        ① 內部漏洩增加,機械出力較差。
        ② 泵浦容積效率低下。
        ③ 潤滑不良,導致絞鹵、燒壞、異常磨耗。
粘度高時:
        ① 油溫上升。
        ② 配管壓力損失增加。
        ③ 易產生空轉現象。
        ④ 油壓裝置之應答性能不良。
        ⑤ 機械效率低下。
        (2)粘度變化之原因
        粘度上升:
        ① 酸化、劣化。
        ② 粘度較高之油混入。
        ③ 水分混入。
        粘度降低:
        ① 粘度較低之油混入。
        ② 燃燒油、洗凈油等混入。
        (3)粘度管理基準━━ 新油粘度±10%以內。
        (4)粘度之測定方法━━ 測量定量的油料,在固定的溫度下,流經一毛細管之時間(秒),乘以系數,以表示其粘度。
        ① 時間愈長表示其粘度愈大。
        ② 同一油料溫度愈高粘度愈小。
        ③ 不同粘度單位,只是測量器具不同,可查表換算。
        ④ 粘度單位有動粘度(cst)━ 國際使用,賽氏粘度(SUS)━ 美國通用,武氏粘度(RD)━ 英國通用,恩氏粘度(E)━ 德國通用。
         5.全酸價━ 工作油因使用而酸化、劣化,其酸性度過會慢慢增加,用以表示酸性度之單位,謂之全酸價,為工作油氧化、劣化判定的基準。
        (1)全酸價測定方法,工作油是以指示藥滴定法來測定,以1mg之試樣中之酸性成分中所要之氫氧化鉀(KOH)之量mg稱之,單位Xmg KOH/g 表示全酸價。在無添加劑之新油是0.01-0.02mg KOH/g 一般加入添加劑之油為0.1-0.3mg KOH/g,耐磨性工作油偽.5-1.8mg KOH/g。故工作油劣化程度之判定,必須與新油作比較,其全酸價基準定在0.1-0.5mg KOH/g。
        (2)酸化的影響━ 酸化的工作油會腐蝕機器,產生油泥且使粘度升高,更產生連鎖反應增加工作油劣化速度。
        (3)酸化原因━ 工作油受熱時會溶解油中之氧產生而引起熱分解,發生碳化現象并產生有機酸,最后有機酸之重縮合而生成油泥之物質。
        其氧化模式如下:
        RH → ROOH → ROH → RO = O
        碳化氫 過氧化氫 酒精 ↑OH 醚(有機酸)
        而油中有金屬離子會有催化作用加速油之氧蝦速率,從以上可知,高溫是氧化的主要原因。

五.工作五.油劣化的主要原因
        工作油劣化的原因很多,前文中多有敘述,現將其主要原因綜合歸納如下:
        1.溫度━ (1)溫度之高低直接影響粘度,其對機械之影響在前文四4(1)中敘述,不再重復。
        (2) 高溫易使工作油氧化━工作油溫度在50℃為臨界點每±9℃其氧化速率±1倍,故一般工作油理想的操作溫度為45℃±5℃,特殊設計之機器當依其指定使用。
        2. 污染粒子━ 油中的污染粒子,除金屬粒子尤其是銅粒子在油中會產生催化作用,促進油之氧化外,其余大都不對油不產生影響,但如隨油循環到折動部位時其影響就發生。尤其是與油膜厚度同樣大小的粒子其磨耗影響最大,泵的油膜厚約0.5-30μm間的摩檫面油膜厚約4-20μm,粒子濃度愈大,磨耗量愈大;且因摩檫產生瞬間高溫使油碳化、酸化,更成為油壓鎖住,壓力設定的不安定,遲滯性的增大,誤動作,動作延遲餓主因。
        3. 水分━  工作油中混入水分,將提早使油質劣化,形成軟泥狀之乳化物,并腐蝕機械之管路,更在折動部位造成油膜破裂,產生磨耗。

 六.工作油保管與管理之要點
        首先要了解劣蝦與變質的起因,再根據起因來找出對策,使工作油能長期使用。其要點如下:
        1.根據機械之特性及使用情況來選擇最適當之工作油,經常使用壓力如超過70Kg以上,應使用含抗磨性添加劑的工作油。
        2.使用溫度在60℃以上,最好在50℃以下使用,高溫下使用會使油加速氧化。
        3.不同制造廠家之工作油不可混用,還有同廠家制造,但品名及等級不同之工作油也不可混用,會引起油中添加劑的劣化。
        4.要控制油之污染,除注意機械之正常操作,減少污染,應使用油過濾設備,來減少油之污染。
        5.避免水分混入工作油內,對水冷式冷卻管應定期清洗保養,以發揮其功能,并避免漏水。
        6.要控制機器及配管之漏油,因漏油除污染環境外更造成浪費,其殘重時,所花費用甚至超過換油的費用。

七.潤滑油之添加劑
        近年來由于機械性能提高,工作條件愈行殘酷;一般的工作油(使用少許的添加劑)已不敷使用。由于科技的發展,新的藥劑陸續開發出來,使工作油的性能提高來符合新機械的使用。
        1.添加劑的目的,特性與種類

種類

適用油

型(添加量)

特性.作用

代表之添加劑

酸腐
化蝕
防防
止止
劑劑

引透
擎平
油油

烷基苯酚,
有機金屬鹽(0.1-1%)

①在油酸化之前,吸收酸性物質。
②防止軸承等金屬表面之腐蝕。
③防止金屬因酸化引起之觸媒作用

DBPO
2 DTB





引 擎 油

有機金屬鹽
亞胺0.5-30%)

①吸著油泥、積碳,并使分散于油中(分散作用)。
②防止碳粒、樹脂沉積于引擎內部(清凈作用)。
③中和酸性物質(中和作用)。

Ca.Ba.Mg之有機金屬鹽。無灰份之清凈分散劑

粘增

指進

引液
擎壓
油油

高分子聚合物
(0.5-10%)

①高度精制之基礎粘度指數可達100,有再提高之必要時可用之。
②對低粘度油較有效

PMA
OCP






(EP劑)

鹵極 壓
輪滑
脂 油

氯、硫、磔等之有機物
(3-10%)

①鹵輪之負荷非常高時,礦物油之油膜對金屬無法適當保護。
②極壓劑能與金屬表面反應,形成耐膠著。耐極壓之金屬化合物,可防止膠著與磨耗。

環烷酸鉛、
硫化烯烴



引鹵透
擎輪平
油油油

①矽酮聚合物
(0.0001-0.01%)

①油連續循環使用時,因流動、攪拌易產生氣泡,往往成為造成劣化和磨損的原因。
②添加油中,使氣泡表面張力不均勻而破壞。

矽油、酯化合物

流 降
動 低
點 劑

引低
擎溫
油潤
滑油

高分子聚合物
(0.05-0.5%)

①防止石臘連續凝集,使低溫時流動性良好。寒帶用之潤滑油多有添加。

PMA
荼與石臘之縮合物



透液防
平壓銹
油油油

香芹酮酸酯、磺酸鹽、胺 (0.01-1%)

於金屬表面形成被膜,防止水分,鹽分之侵襲。

石油釩酸鈣





鹵液
輪壓
油油

油酸、脂肪酸、醇
(0.1-1%)

①此劑之分子可吸附金屬表面,或與金屬表面之氧化物反應成皂類吸著膜,防止金屬間之間接觸,達到減磨目的。
②高溫及殘酷狀態不能使用。

菜籽油、硬脂酸、十二(烷)醇

著色劑

一般油

提高商品價值,容易識別方便使用。


        2.添加劑的使用
        添加劑的使用除考濾增進機械要求之性能外,在使用的添加劑中加以調和、平衡,更是十分重要,起步配方影響油品質關系極大。但原則上不同操作下之用油,皆有其特殊添加劑來滿足其要求,舉例如下:添加劑之使用舉例

透平油

液壓油

鹵輪油

引擎油

壓縮機油

粘度指數增進劑

流動點降低劑

防銹劑

腐蝕防止劑

酸化防止劑

極壓劑

油性增進劑

清凈分散劑

消泡劑

○ 應當添加劑 △ 通常添加劑 Ⅹ 通常無添加劑       
        3.添加劑的消耗性
        首先要知道添加劑在油中都是以分子或離子狀態均勻的溶解在油中,在需要的時候,發揮其功能,其消耗性是有一點,但油生產廠商在添加劑摻配時已將其消耗量計算進去,一般使用者可以不去考濾其消耗性。
        坊間有些油精等之添加劑,建議您最好不要隨便添加以免破壞原有的添加劑。如要添加,應與工作油之生產廠商研究后再加,較為妥當。如因油使用期限較久,擔心添加劑不足,可適當補充新油,即可補足添加劑的消耗。
八.濾油器特性及其使用方法
        使用通過特定之器具,而此器具能濾除油中之雜質,水分等,而得到較清凈之油,此種器具稱濾油器,或凈油器。
        (一)過濾的原理
        1. 濾材式━         以多孔性或纖維性之材質,使油通過后能濾除油中的污染物,水分等而達到凈油的目的。這是使用最久最廣泛的方式,常用的材質如下:
        (1)金屬網類。
        (2)天然或化學纖維類。
        (3)多孔性之礦物質。
        (4)以紙漿制成品類。
        過濾的效果依各類之材質制作方法而異,其精密度可達1μ以下。
        2.靜電吸附式━ 使油通過高壓靜電極棒,因靜電的強吸力能將油中污染物吸附達凈油目的。其對易感應帶電離子性之金屬污染物效果頗佳但不具水分濾除能力。
        3.遠心分離式━ 使油通過高速旋轉之容器。因離心為使比重較大之污染物及水分分離,而達到凈油的目的,其對含較多較大污染物及水分的油過濾效果較佳。 過濾的原理不外以上三種,但過濾器的制造有以一種或兩種方式組合而成。
        (二)依動力來源區分及其使用方式
        1.具有動力的過濾器━ 本身有馬達,泵浦,自成一個系統,俗稱濾油車,其過濾方式如下:
        (1)集中過濾━ 將用過的油收集在一起,再用濾油車過濾后再使用,此種方式需有較大的地方來收集及處理油,需處理量較大的濾油機,適合大型工廠,同一機型機器較多,換油周期短的時候使用,然此法因將油全經過濾油車處理,故凈油效果較佳。
        (2)隨機過濾━ 將濾油車推至卻保養的機臺邊各別處理
        A 全流處理━ 須停機,將油箱之油去部抽取過濾,并將油箱清理干凈,此種方法因將油全部過濾,凈油效果佳。但需要較大的空間。且作業時須停機,影響生產,故此法適合中型工廠,機臺油量不多的情形使用,并配合機臺保養計劃實施,以免影響生產。
        B 傍流處理━ 將濾油車的進出油管同時插入機臺油箱進行過濾作業,此種方法優點為不影響生產,即能達到凈油效果。但作業時間較長,能源消耗較多,且過濾作業進行時,保養操作人員須經常注意濾油車之動能,如油管脫落堵塞否,帶否等事項。此法適合各型工廠經常性保養使用
。         (3)濾油車的優缺點
        A 優點:①方便一個濾車可 供全廠使用,不論機臺多寡,使用油類不同,均可使用。
        ②處理量較大。
        缺點:①需有專人使用保養。
        ②作業時需消耗動力,能源。
        ③作業時需較大的作業空間。
        2.無動力的過濾器━ 本身不具動力須依附機臺的動力。
        作隨機過濾,其過濾方式依配管不同分
        (1)全流式(FULL FLOW)
        是機臺泵浦打出之油全部通過濾油器,而達凈油之效果。此種方式理論上效果最佳,但因壓力及流量的限制,過濾的精密度無法太高,一般約25μ。否則易堵塞,影響機臺正常運轉。
        (2)傍流式(BY PASS)
        使機臺泵浦打出之油大部分給機臺操作使用,小部分以傍路配管流經過濾器,而達凈油之效果。此種方式因不受流量壓力限制,故都使用非常精密的濾油器,其精度一般為3μ以下,甚至0.1μ以下;故其過濾效果非常好,可達到NAS 6級上下。一般人擔心此種方式過濾量太小無法達到充分的效果,其實這是多濾的,只要在使用前主要過濾能量,使用適當的過濾機械即可避免。此種過濾方式的使用是最近5-10年才開發成熟,其原因為一種塞璐璐紙纖維濾材開發成功而推廣使用,經使用結果證明為潤滑油最佳的過濾器。
        (3)隨機過濾器的優缺點
        全流式 傍流式
        優點:過濾流量大價格便宜 過濾精密度高具有濾水能力
        缺點:過濾精密度較差堵塞時影響運轉 價格較高
        3.常見的濾油器及其優缺點
        (1)圓筒型紙纖維過濾器━ 由一種親水性塞璐璐薄紙纖維卷成如衛生紙般的圓狀濾材,由一個或數個組合而成。此種方式的濾材,過濾精密度高,可達1μ以下,可濾去油中大部分污染物,也可有效的除去水分,此種過濾器在十多年前由美國人開發作為航空機用油之過濾用,現已開發作商用,有以濾油車及用傍路配管的隨機過濾型式使用,經使用證明此種圓筒型紙纖維濾材的過濾精度,水分除去率效果最優異,但價格亦較高。
        (2)折疊式濾紙過濾器━ 由一種厚約1mm多孔性紙板折成波浪狀所職稱的過濾器,規格多,其精密度一般約25μ,最高約15μ,價格較便宜,流量大,但沒有吸水性及高壓時濾材易破損,有以濾油車及全流配管隨機過濾型式使用。
        (3)靜電吸附式過濾器━ 此種方式對帶電性質污染物凈化效果很好,但不能除去水分,且消耗電力能源,使用一段時間須清洗電極棒相當麻煩,價格亦不便宜。
        (4)遠心分離式過濾器━ 此種過濾器成本高,使用不方便,較適用于發電廠,船舶燃油的水分除去使用。
        4.濾油器的選擇要點
        濾油器的使用無非要延長油的使用期限,減少機械故障來降低成本,在選購前應作適當的效益評估,其要點如下:
        (1)作業方式的選擇━ 如油量少機臺數多,以集中過濾較好。油量多的機臺,以隨機過濾較佳。
        (2)過濾精密度的要求━ 如油壓油,循環潤滑油,應使用較精密(3μ以下)且有水分除去能力的過濾器為佳,而洗凈油、切削油、一般點滴潤滑油等,有25μ的精密度,即可。
        (3)操作維修的費用━ 如操作時消耗電力的費用,操作人員的工時費,過濾器本身的故障維修費等應計入成本計算。
        (4)濾油器的價格、濾材的消耗費用━ 應把投資費用,消耗品費用列入計算投資報酬,以求得最經濟的使用方式。
九.結論
        自從能源危機以來,各工業先進國家莫不積極研究能源的節約使用,經過多年的努力得到一個結果,就是〔潤滑油不是消耗品〕。 工作油的使用在產業機械的生管費用估有相當的比例,如能對工作油作適當的管理與安全,當可延長其使用期限,節省能源耗用,降低生產成本。 我們都知道使用過的油并不是用壞了,只是用臟了,只要能將油中污染的雜質,水分想辦法除去,油就可繼續使用了。要想將油中的污染物清除只有實施過濾作業。
        〔預防重于治療〕,我們知道油中的污染物會產生連鎖反應加速油之劣化,故如能在污染物產生時即予以清除,使油不受到污染劣化實為最理想的方法。
        過濾機的種類和過濾作業的方式皆有多種,如何作抉擇呢?相信每一從事油壓工作者迫切需要知道的,茲將先進國家使用的最新方式介紹給大家,如下:
        就是用圓筒型紙纖維制成的精密過濾器,以傍流的配管安裝,在機械生產作業的同時進行隨機過濾,此種方式能將油中大部分污染粒子、水分清除,使油維持在NAS6級的清凈度,又不消耗寶貴的電力,更無須人員操作管理,僅須定期檢查及更換濾材而已,可稱是油壓機最理想的過濾方式。
        對于精密過濾器的使用,經常有下列幾點疑問,筆者在此作一說明:
        1.為何要使用精密型過濾器?
        我們知道油中的污染粒子30μ以下的數量最多,而這些微小的粒子大都會隨油循環運轉,對機器造成莫大的損害,而一般的過濾器,又不能有效的將這些有害的污染物清除,故須用精密型過濾器(3μ以下)才能有效的濾除。
        2.為何以傍流配管方式?
過濾作業愈完全,愈精密效果愈好,全流式過濾,可完全過濾,但是考量壓力及流量的問題,其精密度有所限制,而圓筒型紙纖維過濾器是一種非常精密的過濾器(1μ以下),故只能用傍流配管方式才不致影響機器的運轉,魚與熊不可兼得。
        3.過濾量小,如何能達成過濾效果?
        圓筒型紙纖維過濾器精密度非常高,流經此器之油清凈如新,雖然其流量只有1.5-3.5e/m,以300e油箱容量油壓機為例,每工作一小時即可更換90e的新油僅需三個半小時即可將油箱油全部更換,當然傍流式過濾的效果不能如此的計算,僅能算以90e/H新油稀釋油之污染一段工作時間后油之污染控制在NAS6級左右,如新油般潔凈。
        4.為何不能從回油管路接油?
        我們知道泵浦出油,是一開放式管路壓力為0 kg/cm2。某一些管路也許殘存一些背壓,但其壓力不穩定也不足以使油流過精型過濾器,故不能從回油管路傍接。
        5.從壓力端接油封機臺之影響?
        我們知道油泵浦出油,一定有一蓄壓階段就是泵浦的出油量喲大于用油量,才能產生壓力,當到達設定的壓力時,才將多余的油量經由壓力控制閥洩回油箱,而精密過濾器即從要洩回油箱中的油取出一小部分加以過濾再流回油箱,自然對機器的壓力流量不會造成影響。舉例如下: 機械用油100e/m,泵浦出油130e/m,壓力50 kg/cm2時洩回15e/m。如果使用精密過濾器時,機臺用油100e/m,泵浦出油130e/m,濾油器出油1.5e/m,壓力50kg/cm2時洩回13.5e/m。
        但是在接油時必須在泵浦出油后,未經比例流量閥控制前之間的管路才可以。否則會影響機器的操作。
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