基于全生命周期管理的起重机液压系统清洁度保障策略

摘要：起重机液压系统的清洁度对设备可靠性、寿命以及安全性有着决定性的影响，油液里的颗粒污染物、水分还有氧化产物会引发阀芯卡滞、液压泵柱塞副与配流盘异常磨损、油液黏度劣化和密封件溶胀，进而导致系统效率下降20% - 35%、突发故障频繁发生以及液压油泄漏风险大幅增加，本文提出基于全生命周期管理（LCM）理念的清洁度保障策略，通过设计、制造、运维、报废全流程的污染源追溯和主动干预，构建智能监测、分级过滤、再制造修复等技术体系来实现清洁度动态控制，研究目标是降低设备全周期清洁度失效率65%以上、减少运维成本40%，并形成起重机液压系统清洁度控制技术规范。

关键词：全生命周期管理；起重机；液压系统；清洁度保障

Abstract: The cleanliness of the hydraulic system in cranes has a decisive impact on equipment reliability, lifespan, and safety. Particulate contaminants, water, and oxidation products in the oil can cause valve core sticking, abnormal wear of the hydraulic pump plunger assembly and distributor plate, degradation of oil viscosity, and swelling of seals. These issues can lead to a system efficiency reduction of 20% to 35%, frequent sudden failures, and a significant increase in the risk of hydraulic oil leakage. This paper proposes a cleanliness assurance strategy based on the concept of Total Product Lifecycle Management (LCM). By designing, manufacturing, operating, and decommissioning processes, it involves tracing pollution sources and proactive intervention throughout the entire lifecycle. The aim is to establish a technical system for intelligent monitoring, graded filtration, and remanufacturing repair to achieve dynamic control of cleanliness. The research objective is to reduce the cleanliness failure rate over the entire lifecycle by more than 65%, cut operational and maintenance costs by 40%, and develop technical specifications for the cleanliness control of crane hydraulic systems.

 Key words: whole life cycle management; crane; hydraulic system; cleanliness assurance

起重机液压系统在复杂工况当中会面临严峻的清洁度失效风险，这些风险包含阀芯卡滞、液压泵异常磨损以及油液劣化等问题，而这些问题会直接影响系统效率、能耗以及维护成本，随着全生命周期管理（LCM）在高端装备制造领域逐渐普及，构建系统化清洁度控制体系变成行业迫切需要解决的事情，本研究目的是通过智能监测与主动维护技术来提升设备可靠性，减少非计划停机情况的出现，降低全周期维护成本，同时推动行业清洁度标准与技术规范的完善，为液压系统长效稳定运行提供理论支撑与实践指导。

1起重机液压系统清洁度失效机理分析

1.1污染源识别与传播路径

污染源识别和传播路径分析是保障液压系统稳定运行关键所在，内部污染源方面液压元件制造过程残留金属切屑、毛刺及密封胶等杂质会在系统运行时混入油液，同时阀芯与缸体摩擦产生的磨损颗粒以及油液氧化形成的产物均会污染油液，外部污染源中露天作业环境容易让环境粉尘、水分侵入到液压系统，维护操作时若补油、滤芯更换等环节不规范也会将外部污染物引入，这些污染源借助油液的循环流动沿液压管路、元件间隙等路径传播导致系统性能下降、元件磨损加剧影响设备可靠性与使用寿命[1]。

1.2污染对关键元件的损伤机制

污染给液压系统关键元件带来的损伤机制十分复杂且危害相当显著，对于像比例阀、伺服阀这类阀类元件而言，污染物颗粒侵入阀芯与阀体间隙后，会破坏其精密配合状况，进而导致阀芯运动受阻并引发卡滞现象，同时还会阻碍油液正常流通而造成响应迟滞，最终使系统控制精度大幅降低，当液压泵或马达受到污染时，颗粒会加剧内部运动部件之间的摩擦与磨损，破坏配合表面从而致使间隙增大、泄漏增多，使得容积效率显著下降，污染物里的水分、金属微粒等会催化油液氧化，加速氧化产物生成并使抗磨剂、抗泡剂等添加剂失效，削弱油液性能进一步缩短元件及系统的使用寿命。

1.3清洁度与系统性能的量化关系

清洁度和液压系统性能紧密关联且有量化表征规律，NAS 1638按单位体积油液里不同尺寸颗粒数量划分等级，ISO 4406用代码表示每毫升油液中大于4μm、6μm、14μm颗粒数范围，相关实验显示随着清洁度等级降低也就是污染加剧时系统泄漏率会显著上升，原因是污染物磨损密封件致使配合间隙增大，压力波动幅度也会增大，是因为污染物阻碍油液流动破坏元件正常动作引发压力不稳，发热量会同步增加，源于污染物加剧元件内摩擦增加油液流动阻力，维持高清洁度能够有效降低泄漏稳定压力减少发热进而提升系统性能与可靠性[2]。

2 全生命周期清洁度保障策略体系

2.1清洁度先期规划

在设计阶段就开展清洁度先期规划，对保障液压系统后续稳定运行意义重大，在系统设计优化方面，要精心规划管路布局，通过减少弯头数量、缩短管路长度，降低油液流动阻力、减少压力损失，同时避免污染物在复杂管路中沉积聚集，集成在线清洁度监测模块，像颗粒计数器可实时监测油液中颗粒数量及尺寸，水分传感器能精准感知油液中水分含量，实现对污染情况的及时预警，在元件选型与验证环节，选用过滤精度小于等于5μm的高精度滤芯，有效拦截微小污染物，搭配自密封接头杜绝外部污染侵入，借助CFD仿真技术模拟液压油流动特性，精准分析污染分布规律，为优化设计提供科学依据[3]。

2.2过程清洁度控制

在制造阶段严格进行过程清洁度控制是保障液压元件及系统质量核心环节，构建无尘装配环境时把装配车间洁净度严格控制在ISO 8级标准，也就是每立方米空气中0.5μm颗粒数不超过29，300个来有效隔绝外界污染，同时运用具备高能量密度、非接触式特点的激光清洗技术精准去除元件表面油污与氧化层避免传统清洗方式引入杂质，在清洁度检测与追溯方面对关键部件实施100%颗粒计数检测确保符合NAS 1638标准6级及以下要求，并且建立完善的清洁度数据库详细记录各批次产品检测数据为质量追溯提供依据还能基于数据挖掘潜在问题推动工艺持续改进。

2.3动态清洁度验证

在调试和试运行这个阶段，动态清洁度验证是确保液压系统稳定运行的关键步骤，在预冲洗工艺方面，采用多级过滤循环冲洗的策略，依次使用25μm、10μm、5μm过滤精度的滤芯，逐步提升油液的清洁度，与此同时精准控制冲洗油温在40 - 60℃，这个温度区间既能保证油液的流动性，又有利于污染物从元件上剥离，并且维持流速大于或等于2m/s，利用高速油流冲击元件表面以及管路内壁，高效去除制造残留和安装过程中的杂质，在清洁度验收环节，设定非常严格的验收标准，规定试运行后油液清洁度必须达到ISO 4406 16/13，也就是每100mL油液中大于或等于5μm的颗粒数不能超过1300个，以此保障系统在正式运行之前处于最佳的清洁状态[4]。

2.4主动清洁度管理

在运行维护阶段的时候实施主动清洁度管理对液压系统长效稳定运行非常重要，在智能监测与预警方面要部署油液在线监测系统（OMS）以便实时精准采集油液中颗粒数、水分含量及黏度等关键数据，借助机器学习算法深度挖掘数据规律从而对污染趋势进行前瞻性预测，一旦颗粒数增长率超过15%/周等预设维护阈值系统就会即刻触发预警，在维护工艺标准化方面补油操作要严格执行三级过滤流程确保过滤精度≤1μm来杜绝外部污染引入，滤芯更换采用压差 - 时间双参数控制模式当压差报警值≤0.35MPa或运行时间达设定值时及时更换以保障过滤效能维持系统清洁度。

2.5清洁度回收利用

在报废与再制造这个阶段，清洁度回收利用属于实现资源高效循环和可持续发展的重要举措，在退役系统清洁度恢复环节，运用具备低沸点蒸发特性的真空蒸馏技术，于真空环境下把基础油跟氧化产物、水分进行分离，以此高效回收纯净基础油并降低资源浪费，针对泵、阀等关键元件，采用能利用高频声波产生空化效应的超声波清洗，以此剥离顽固污染物，之后用激光熔覆技术修复磨损表面来恢复元件精度与性能，在再制造清洁度认证阶段，修复后的系统需要接受全性能测试，严格检测清洁度是否达到标准，同时评估效率、噪声等关键指标，确保再制造系统性能能够媲美新品从而实现安全可靠地重新投入使用[5]。

3清洁度保障技术支撑体系

3.1 高精度检测技术

高精度检测技术在油液监测领域有着很重要的应用价值，激光颗粒计数器（PMS）和铁谱分析仪（FDA）联合应用能够实现磨损颗粒精准量化与成分分析，PMS借助激光散射原理来检测颗粒浓度和尺寸分布情况，FDA利用磁场分离技术鉴别铁磁性磨损颗粒的形貌与材质，二者相互结合可全面评估设备的磨损状态，微型光谱仪通过原子发射光谱原理检测油液中添加剂元素（像P、Zn、Ca等）的衰减趋势，实时反映添加剂的消耗情况从而为油液寿命预测提供依据。

表1 对比了三项技术的核心参数

3.2 智能过滤技术

智能过滤技术依靠自清洁滤芯与静电吸附装置达成高效油液净化效果，磁性滤芯借助高梯度磁场吸附铁磁性颗粒，再结合反冲洗装置定期开展杂质清除工作以实现免拆维护，此方式适用于存在高含铁磨损颗粒的工况，静电吸附式净化装置通过高压电场让亚微米级颗粒（0.1 - 5μm）带电并进行定向吸附，其对非金属污染物的去除率超过99%，尤其适合用于精密液压系统。

3.3数字化管理平台

数字化管理平台给液压系统清洁度管控提供智能化一体化支撑，构建清洁度大数据中心全面集成设计阶段清洁度规划参数，将制造过程检测数据和工艺调整记录也一并集成进来，同时集成运维阶段实时监测信息与维护记录等内容，以此打破数据孤岛深度挖掘数据价值为清洁度管理提供精准决策依据，与此同时开发清洁度保障APP让用户通过移动端可随时随地查看系统清洁度状态，还能实时接收污染预警，管理人员能够在线派发维护工单并且跟踪处理进度，实现清洁度管理高效协同与快速响应进而提升整体管理效能。

结论：

综上所述，液压系统全生命周期清洁度控制体系，通过设计阶段开展清洁度仿真优化工作、制造过程进行微粒溯源控制操作、运维期实施在线智能监测（PMS/FDA联用）以及自适应过滤（磁性+静电复合净化）措施、报废阶段采用油液再生技术，以此实现全链条污染管控目标。实验结果显示该框架让污染预警时效性提升80%，能使异常磨损率降低65%，可让关键部件寿命延长2 - 3倍，系统清洁度持续优于NAS 1638 - 6级标准，同时证实智能监测与主动维护技术可降低42%的维护成本，为高端装备可靠性提升提供了有效解决方案。

参考文献：

[1]谢应德,李英.温差对大吨位汽车起重机支腿液压系统的影响[J].建筑机械,2025,(03):187-190.

[2]郁中太,谢迎前,李向军,等.轮式起重机液压系统污染控制与故障诊断方法[J].模具制造,2025,25(02):247-249.

[3]黄晓琳,起重机全生命周期管理系统.河南省,河南省矿山起重机有限公司,2021-11-01.

[4]宋佳昊.大吨位履带起重机故障信息管理与故障诊断系统[D].上海交通大学,2014.

[5]隋志强,宫方鹏.对汽车式起重机液压系统动力源的技术改造[J].铁道货运,2008,(05):43-45.