埃克森美孚：矿山运维手册：液压系统维护指南

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矿山运维手册：液压系统维护指南 2 执行摘要液压系统是采矿行业的核心，如同人体的“心脏”；而液压油则是整个液压系统中流淌的“血液”，它不仅负责传递动力、散热降温，还能清除运行中产生的杂质。要维持这颗“心脏”持续而强劲地跳动，就必须帮助确保液压系统即使在严苛的工况下，仍能保持稳定高效的运行，同时应对不断升级的能效挑战。为满足能效要求，工业和移动设备的液压系统开始变得更小巧、更轻便，并利用高压帮助实现系统的更大效率。面对这一趋势，现代先进液压油不仅要能适应新型系统的运行需求，还应助于提升整个液压系统的整体效率与能源利用效率。本报告将深入解析液压系统及液压油的关键作用，重点探讨液压泵的典型效率、能量损失环节、漆膜问题的处理方式，并阐述专用液压油在降低效率损失、提升节能效果与生产效率方面的影响。血液、心脏等词仅指代液压系统部件，无关任何医疗、治疗效果 3 液压系统在采矿行业中的关键作用液压系统在采矿行业中不可或缺，广泛应用于液压挖掘机等重型土方机械与设备。这些系统依靠流体动力执行挖掘、提升和搬运大量土石等关键作业任务。凭借出色的运行效率与成本效益，液压系统已基本取代了绳铲等传统采矿技术，成为现代矿山作业的核心动力支撑。液压系统具备精确的控制能力与多功能特性，可精准完成挖掘、装载、运输及倾倒物料等一系列操作。其运行效率直接关系到采矿作业的生产效率，高效的系统不仅能提升产出，更有助于降低运营成本。一些先进液压控制系统（如液压再生系统）能够根据负载压力动态调节泵的输出功率，从而优化整机性能。该系统实时监测负载变化，并自动调整泵的输出功率。这种智能适应机制使机械能够在多种工况下保持高效运行，有效提升生产效率。采用高压、低排放等节能型液压技术，对于优化燃油消耗和降低运营成本至关重要。采矿行业也日益关注可持续实践，液压系统为帮助实现这一目标做出了重要贡献。采用高压、低排放等节能型液压技术，对于优化燃油消耗和降低运营成本至关重要。液压油对液压系统的稳定运行起着关键作用。它为液压机械提供有效润滑，帮助减少运动部件之间的摩擦与磨损，保障设备平稳运转。在采矿行业，设备常年处于重载和恶劣工况条件下，液压油的作用因此尤为关键。选用正确的液压油，不仅能提升设备运行效率，还能显著帮助减少因维护或故障导致的停机。 4 液压泵的效率：能量损失发生在哪些环节？随着采矿行业不断发展，制造商日益将设备生产效率和运行效率作为首要目标，液压系统的重要性也随之持续提升。工业和移动设备的液压系统开始变得更小巧、更轻便，并利用高压帮助实现系统的更大效率。液压效率是指：液压系统将电动机产生的机械能输入转化为流体流动和压力，并最终达成一定载荷的功。液压泵将原动机产生的机械能转化为流体流动，并因系统内部对流体流动的限制而产生压力。典型的液压泵在这一过程中的效率仅为 80-90%。能量损失有两种主要形式：机械损失——能量在液体摩擦中的损失；以及容积损失——内部液体在泵内泄漏造成的能量损失。液体粘度越高，机械损失越高；而液体粘度越低，容积损失则越高。因此，保持理想效率的粘度范围并非易事，因为液压油的粘度在低温时较高，随着温度升高，粘度又会降低。然而，特殊配方制成的液压油利用高粘度指标，能降低这些过程中的损失量。升高系统压力也可能会降低液压泵的效率。一般来说，高压可能造成机械损失和容积损失。为帮助提高效率，还可通过选用优质的基质液压油及添加剂技术，降低附着摩擦力（液体的内阻，可降低弹性流体润滑（EHL）的状态）。通过这一技术路径，液压油能维持达成理想效率的粘度范围。如今，先进液压油已能够应对这些严苛工况，全面提升液压系统的运行效率与能效水平。容积损失容积效率较差冷启动性能较好漆膜厚度较差摩擦损失较高冷启动性能较差漆膜厚度较好泵内机械和容积损失的量取决于液体的粘度和润滑性。来源：美孚™液压效率技术课题容积效率ɳVE 粘度理想运行范围 5 专用液压油带来的影响液压效率的差异可通过一个简单的液压管路，对比两种液体来帮助实现量化。管路包括一台液压泵，将系统压力控制在规定的范围内。然后即可测出系统的机械能输入值及泵机的液体流速，并计算出两种不同液体的机械效率与容积效率。下图显示了台架测试中，典型 ISO VG 46 耐磨型液压油与特殊配方制成的高 VI 型测试液压油的对比数据。在这次试验中，测试液压油展现了 3%-6%的液压效率提升。请注意，随着温度和压力的升高，测试液压油的效率优势也逐步增加。提升的泵压效率可转化为能源的节省，具体体现在燃料或电力消耗的降低，或液压驱动设备完成整套工作循环所需时间缩短。然而，为了展示液压效率对能耗和工作循环时间的影响，我们在挖掘机上进行了进一步研究。挖掘机的液压系统压力可达 4,000 psig（275 bar），温度通常接近 100°C。我们安排了一次演示，比较典型的 SAE 10W 液压油（工程设备应用的常用产品）与专为优化液压效率 i 而设计的液压油。结果显示，在此演示中，使用高效液压油后，每个工作循环可降低 6% 的燃料消耗，完成循环内工作所需的时间可帮助减少 5%。设备操作人员还发现，添加试验用液压油后，系统的反应性能立即有明显的改善。对中型挖掘机来说，使用特制的液压油 1 年，可帮助减少燃料消耗 900 加仑，CO2 排放量可降低高达 9 公吨。正确的液压油选择能够降低效率损失、帮助提高节能效果并提升生产效率，进而增强整体盈利能力。效率–美孚 DTE 10 超凡™系列来源：美孚™液压效率技术课题总效率结果 6 美孚 DTE 10 超凡™系列美孚 DTE 10 超凡™系列合成技术液压油经过特殊配方制成，与传统液压油相比，能更持久地维持液压系统的清洁度。该系列产品经过充分的实验室与现场测试验证，与其他美孚™液压油相比，能够帮助实现可观的液压效率提升。这可以转化为较低的能耗或帮助提高机器输出，从而帮助实现成本节约。* 在受控的实验室效率测试中，与美孚标准液压油相比，在标准液压应用中运行时，美孚 DTE 10 超凡™系列液压油可使液压泵效率提升高达 6%。在针对现代液压系统开展的系列实验室与现场测试中，美孚 DTE 10™超凡系列展现出卓越的综合性能：其油品寿命较美孚标准液压油延长可达三倍，同时持续保持优异的系统清洁度与部件保护效果。美孚 DTE 10 超凡™系列还凭借其高粘度指标与出色的抗剪切稳定性，能够在低至-34°C 的严苛环境中稳定运行，并始终保持 ISO 粘度等级，充分体现了其卓越性能。在受控的实验室效率测试中，与美孚标准液压油相比，在标准液压应用中运行时，美孚 DTE 10 超凡™系列润滑油可使液压泵效率提升高达 6%。美孚 SHC 500™系列美孚 SHC 500™系列液压油性能出色，适用温度范围广泛，为设备提供超越同类矿物油产品的额外保护裕度。其优异的抗氧化性可帮助延长油品和过滤器的更换周期*，同时有助于提升系统清洁度和运行顺畅性。此外，高水平的抗磨损性能和卓越的漆膜强度性能，有助于保障设备稳定运行，有效预防意外故障的发生。受控的抗乳化性能帮助确保该油品即使在少量水分侵入的系统中，仍能保持正常性能。基于单个客户的使用经验。实际效果可能因所用设备类型及其维护状况、运行条件、环境以及先前使用的润滑油而异。 *关于原始设备制造商应用要求及车辆或设备的换油周期，请参阅设备使用手册。 7 液压系统的密封相容性液压系统中，油液泄漏是常见问题，在压力系统中尤为突出。密封不良不仅会造成压力损失与效率下降，若未及时处理，还将导致油液消耗增加、引发安全隐患与污染，甚至造成环境泄漏。这些因素共同推高了维护成本，并可能因设备故障导致非计划停机。密封件性能主要受两种相互作用的影响：物理作用与化学作用。物理作用表现为密封件的收缩和膨胀。密封件可以有适度的膨胀，但过度膨胀会导致密封件变形和漏油。化学作用则可能改变密封件的弹性、强度和耐久性。高温、污染物等环境因素也会影响密封件性能。因此，重要的是，要使润滑油和密封件尽可能相容，以达到出色的系统效率。密封相容性测试具体做法是：在规定条件下，采用密封材料的标准化试样浸入润滑油中，然后评估试样的体积、硬度、拉伸强度和断裂延伸率的变化。美孚 DTE™ 20 UT 长效液压油系列具有精心平衡的密封相容性，可以为传统和现代高压液压系统持久提供设备保护。美孚 DTE™ 20 UT 长效液压油系列：解决密封难题美孚工业润滑油采用均衡的配方技术，所设计的液压油能与各种密封材料出色相容。例如，美孚 DTE™ 20 UT 长效液压油系列有助于减少因油液/密封件相互作用导致的油液泄漏。美孚 DTE™ 20 UT 长效液压油系列具有精心平衡的密封相容性，可以为传统和现代高压液压系统持久提供设备保护。这有助于减少漏油和污染物进入、帮助延长部件寿命、降低粘滑风险，并帮助减少漏油对环境的影响。美孚 DTE™ 20 UT 长效液压油系列专为帮助提高生产效率并降低维护成本而生。 8 维持“心脏”跳动：污染物与漆膜控制液压油污染是一个不易察觉但至关重要的问题。据美孚™统计，90%的液压系统故障都与各类污染直接相关。这类污染主要包括：环境中侵入的水分，可能引发腐蚀和添加剂降解；灰尘等硬质颗粒，会导致滑动表面划伤与磨损；形成的污泥、胶质和漆膜。虽然通过维护保养和过滤系统（配合使用防腐蚀和抗磨损配方）可预防水分和硬质颗粒问题，但漆膜控制需要不同的解决方案。漆膜是液压系统中可能形成的一种污染物，尤其在液压油因长时间使用而逐渐降解时更容易产生。这种沉积物质地坚硬、呈漆膜状且不溶于油，通常由已氧化的油液、失效的添加剂及其他污染物混合而成，最终从油液中析出，如黏性涂层般附着于系统部件表面。若将液压油比作系统的“血液”，漆膜便如同“胆固醇”。它在系统中逐渐累积，初期形成不溶性污泥，继而沉积于金属表面。由于漆膜只能通过化学清洗或强力物理摩擦才能去除，它对液压系统构成严重威胁——尤其当其在阀门小孔等敏感部位沉积时。随着漆膜的不断积聚，将导致系统过热加剧，最终可能引发液压系统故障。因此，选择在正常运行条件下能有效抑制漆膜生成的液压油至关重要。血液、心脏等词仅指代液压系统部件，无关任何医疗、治疗效果 9 美孚™采用的液压油耐久性测试（MHFD）平台能够模拟真实液压系统工况，可用于测量金属表面的漆膜形成情况。具体测试方法为：将金属试片浸入油样，随后观测漆膜的生成过程。美孚发现，MHFD 测试结果与实际使用表现呈现出高度一致性。经过超过 1000 小时的测试验证，美孚高级合成液压油——美孚 DTE 10 超凡™系列与美孚 DTE™ 20 UT 长效液压油系列 ii，在清洁保持、抗磨损、热稳定性、剪切稳定性及能效表现上均展现出显著优势 iii。这些产品经过专项工程开发，能够有效帮助防止漆膜生成，持久维持液压系统的清洁，帮助减少维护频率与停机时间，即使在高温工况下也能帮助确保高效运行。实施前瞻性的漆膜管理策略，对保障液压系统长期性能与使用寿命具有决定性作用。液压系统维护和保养液压油用于传送压力和能量，密封精密间隙部件能防止泄漏，更大限度地帮助减少磨损和摩擦，清除热量，冲走灰尘和磨损颗粒，以及防止表面生锈。使液压油体帮助实现更长使用寿命有四个关键要素： 1. 控制温度：运行温度过高会引发油液氧化，以及漆膜和污泥沉积；反之，温度太低则导致冷凝水析出并增加泵气蚀。典型的工业液压系统温度范围通常在 110-150ºF（40-65℃）之间。美孚液压油的运行温度最高可达 250F （120℃）。因此选择正确等级的液压油是保证冷启动、高温保护和帮助实现系统理想效率的关键所在。 2.保持系统清洁：即使新系统也可能被污染，因此在使用前应清理干净，帮助防止污染物（如灰尘、水、切削液和金属颗粒）进入液压系统。 3.保持油液清洁：通过正确的储存和装卸程序使液压油保持干净。为帮助防止在使用前被污染，应将新油液存放在一个有保护措施的场所，而且应将其存放在一个干净的专用容器存放区。全流量过滤器可在系统运行期间持续保持油液清洁。便携式过滤器则应在不同系统间轮换使用，且每个系统的过滤时长应帮助确保总油量流经过滤器至少 10 次。 4.保持油品分析程序：原始设备制造商通常建议每年更换液压油。然而，利用有效的油品分析程序，您可以延长换油周期并提前预警机械故障。对关键设备和大容量液压系统，应执行定期油品分析检测。安全警示：液压系统在超高压环境下运行，因此在打开任何承压部件前，必须首先停机并释放系统压力。严禁身体任何部位接触高压泄漏喷射流；泵、阀和马达在运行中可能产生高温，请勿徒手接触，以免烫伤。严禁将手、衣物靠近或接触系统中的运动部件。 1000 小时 MHFD 测试储油罐对比参比油美孚 DTE 10 超凡™系列 46 美孚 DTE™ 25 Ultra 系列美孚高级液压油展现出卓越的清洁保持性能 10 结论液压油的选择将显著影响液压系统效率。专用液压油不仅能帮助减少摩擦磨损、提升整体效率来优化系统性能，正确的油品更能最大限度降低因油品污染和运行不稳定导致的能量损失。这不仅可帮助实现节能效益，更能帮助延长系统部件寿命，从而降低维护成本、帮助提高生产效率，最终提升投资回报。液压油配方技术的创新，例如开发具备更优润滑性、更高耐温性及更强抗污染能力的新型产品，可显著提升系统能效。这对采矿等能源密集型行业尤为重要，因为液压系统的可靠性直接决定了生产能否连续稳定进行，更与现场人员的安全保障休戚相关。如需更多信息，请访问美孚官网或联系 mobilproducts@ourdataworks.com。 © 2025 埃克森美孚公司版权所有。本白皮书中的所有商标均为埃克森美孚公司或其子公司的商标或注册商标。参考文献 i 该演示采用中型挖掘机，且由单一操作员使用同批次燃油完成。实际效果可能因运行条件而异。来源：美孚™ ii https://www.mobil.com/zh-cn/industrial/pds/gl-xx-mobil-dte-20-ultra-series iii 数据由美孚提供。