分析冶金機(jī)械液壓污染的原因分析和控制研究

化光林

摘要：在冶金生產(chǎn)中，機(jī)械設(shè)備的重要性不言而喻，一旦機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障，輕則會(huì)影響正常生產(chǎn)，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)引起安全事故。在引發(fā)機(jī)械設(shè)備故障的諸多原因中，液壓系統(tǒng)污染所占的比例較高。為此，必須認(rèn)真分析造成液壓系統(tǒng)污染的原因，并采取有效的措施對(duì)污染進(jìn)行控制，借此來(lái)確保液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行?；诖它c(diǎn)，本文就冶金機(jī)械液壓污染的原因分析和控制展開(kāi)研究。

關(guān)鍵詞：冶金；機(jī)械設(shè)備；液壓系統(tǒng)；污染

污染問(wèn)題是冶金液壓傳動(dòng)系統(tǒng)普遍存在的問(wèn)題，在液壓系統(tǒng)內(nèi)，各種污染顆粒在不斷循環(huán)的狀態(tài)下對(duì)各種液壓元件造成破壞，致使元件性能指標(biāo)下降，引發(fā)液壓元件內(nèi)部磨損等一系列問(wèn)題，從而對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成極大威脅。通過(guò)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，75%-80%的液壓系統(tǒng)故障都是因工作介質(zhì)污染所造成的。所以，必須認(rèn)真研究冶金機(jī)械液壓污染的原因，并采取有效控制措施確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。近年來(lái)，我國(guó)雖然在機(jī)械液壓污染控制方面取得了一定成效，但是卻與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距仍然較大，如外國(guó)要求液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的油液清潔度為NAS6-9，而我國(guó)的油液清潔度卻只能到達(dá)NAS12-16。通過(guò)對(duì)液壓系統(tǒng)污染進(jìn)行有效控制，國(guó)外液壓設(shè)備使用的油液平均污染度僅為以前的1/32，大幅度提升了液壓系統(tǒng)工作的可靠性。為此，我國(guó)必須重視對(duì)冶金機(jī)械液壓污染的控制，以改善我國(guó)液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)污染嚴(yán)重的現(xiàn)狀。

1．冶金機(jī)械設(shè)備液壓系統(tǒng)的構(gòu)成

目前，國(guó)內(nèi)的冶金企業(yè)基本實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化生產(chǎn)，機(jī)械設(shè)備成為冶金生產(chǎn)中不可或缺的重要組成部分之一。大部分冶金機(jī)械設(shè)備中，都有液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要是由以下幾個(gè)部分組成：

1.1控制元件

在液壓系統(tǒng)當(dāng)中，控制元件具體是指各種閥，如壓力閥、流量閥等等，其最為主要的作用是按照實(shí)際運(yùn)行需要對(duì)液動(dòng)裝置的速度進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，同時(shí)還負(fù)責(zé)調(diào)控系統(tǒng)中工作液體的壓力、流量以及流向，以此來(lái)確保整個(gè)系統(tǒng)能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

1.2執(zhí)行元件

液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，具體包括液壓油缸和液壓馬達(dá)，通過(guò)執(zhí)行元件能夠?qū)崿F(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，即液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械動(dòng)能。

1.3動(dòng)力元件

液壓系統(tǒng)中的動(dòng)力元件為液壓油泵，它是液壓傳動(dòng)中的動(dòng)力部分，其主要作用是將液體利用原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓力能。

1.4輔助元件

冶金機(jī)械設(shè)備中的液壓系統(tǒng)是一個(gè)較為復(fù)雜的系統(tǒng)，除了上述幾種主要元件之外，還有一些輔助元件，如壓力表、液壓油過(guò)濾器、冷卻裝置、管路、球閥、油箱、蓄能裝置等等。

1.5工作介質(zhì)

液壓系統(tǒng)中的工作介質(zhì)主要是液壓油，其通過(guò)液壓油泵和液動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。

2．冶金機(jī)械設(shè)備液壓污染的主要原因分析

在冶金機(jī)械液壓系統(tǒng)中，夾雜在油液中的固體顆粒、水、空氣以及其他質(zhì)變的化學(xué)成分是造成系統(tǒng)污染的主要原因，具體表現(xiàn)為：

2.1 外界侵入污染物

在冶金機(jī)械液壓系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，空氣中的顆粒和粉塵會(huì)通過(guò)活塞桿、回流油箱、注入系統(tǒng)的通氣孔進(jìn)入到油液中，對(duì)油液造成污染。同時(shí)，在保養(yǎng)和維修液壓系統(tǒng)時(shí)，拆裝密封件也會(huì)為外界污染物的侵入提供機(jī)會(huì)。

2.2 系統(tǒng)自帶污染物

冶金機(jī)械液壓系統(tǒng)需要經(jīng)過(guò)制造、裝配、存儲(chǔ)等多道工序，因系統(tǒng)零部件上本身自帶著飛邊、毛刺等污染物，所以當(dāng)冶金機(jī)械液壓系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，零部件上的污染物隨之進(jìn)入到內(nèi)部油液中，對(duì)其造成污染。

2.3 系統(tǒng)生成的污染物

通常情況下，冶金機(jī)械液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境十分惡劣，尤其在高溫、高壓環(huán)境下運(yùn)行不僅容易使油液改變化學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而對(duì)金屬表面產(chǎn)生腐蝕作用，而且還容易使液壓油剝落金屬表面的顆粒，加速機(jī)械設(shè)備老化。當(dāng)冶金機(jī)械液壓系統(tǒng)的溫度過(guò)高時(shí)，液壓油會(huì)被氧化生成有機(jī)酸，有機(jī)酸對(duì)金屬元件會(huì)產(chǎn)生腐蝕作用，并生成不溶于油的膠狀沉淀物，進(jìn)一步增大液壓油的粘度，造成液壓油的性能下降。在冶金機(jī)械液壓系統(tǒng)處于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的狀況下，液壓油老化變質(zhì)越為嚴(yán)重，大量顆粒污染物會(huì)對(duì)零部件造成損壞，導(dǎo)致液壓系統(tǒng)工作效率降低。特別當(dāng)固體顆粒數(shù)量和大小超過(guò)液壓系統(tǒng)的承受極限時(shí)，就會(huì)阻塞系統(tǒng)運(yùn)行，引發(fā)設(shè)備故障。

2.4 液壓油混入水分

當(dāng)液壓油混入水分后，可使液壓油乳化為白濁狀態(tài)。若液壓油的抗乳化能力不足，水分與油無(wú)法分離，則會(huì)使液壓油始終處于白濁狀態(tài)。當(dāng)這樣的液壓油進(jìn)入冶金機(jī)械液壓系統(tǒng)內(nèi)部后，會(huì)對(duì)液壓元件造成銹蝕，并且液壓油自身的潤(rùn)滑性能也會(huì)隨之降低，加劇零部件的磨損，從而降低液壓系統(tǒng)的工作效率；液壓油中的某些添加劑還會(huì)與水產(chǎn)生作用，生成膠質(zhì)、沉淀等污染物，嚴(yán)重影響液壓油的品質(zhì)；液壓油中的氯和硫與水產(chǎn)生作用后，會(huì)生成鹽酸、硫酸，在加劇元件腐蝕的同時(shí)，還會(huì)加速液壓油的變質(zhì)，生成油泥；在氧化生成物與水污染物的共同作用下，可生成一種催化劑，加速液壓元件的氧化速度，最終導(dǎo)致液壓元件堵塞、卡死，造成液壓系統(tǒng)配油管堵塞、濾油器堵塞、冷卻器效率下降，甚至是動(dòng)作失靈等設(shè)備故障；液壓系統(tǒng)在低溫環(huán)境下運(yùn)行時(shí)，水遇低溫會(huì)凝結(jié)成冰粒，所以極易堵塞元件的間隙，影響液壓系統(tǒng)運(yùn)行。

3．冶金機(jī)械設(shè)備液壓污染的有效控制措施

3.1提高液壓系統(tǒng)的污染耐受度

通常情況下，各種污染物對(duì)液壓系統(tǒng)各個(gè)元件的危害主要表現(xiàn)為磨損及阻塞，解決這一問(wèn)題最為有效的途徑就是提高液壓元件的污染耐受度。

3.1.1由液壓系統(tǒng)的工作原理可知，系統(tǒng)中的各個(gè)元件之間都存在者相對(duì)運(yùn)動(dòng)的表面，如果污染物存在于兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)元件的表面上，便會(huì)造成磨損，并且磨損程度還會(huì)隨著兩個(gè)表面間復(fù)雜與接觸面積的增大而增大。鑒于此，可以通過(guò)減小相對(duì)運(yùn)動(dòng)元件之間的負(fù)載和接觸面積能夠起到減少磨損的作用。以滑閥為例，可通過(guò)減少閥體與閥芯之間的接觸面積，借此來(lái)使閥芯處理壓力平衡狀態(tài)，這樣即便在切向力增大的過(guò)程中，也不會(huì)對(duì)污染物過(guò)于敏感，有助于減輕磨損。

3.1.2在液壓系統(tǒng)中流道內(nèi)的死域以及元件中盲孔，都非常容易聚積顆粒污染物，同時(shí)孔徑越小對(duì)污染物的敏感程度就越高，為了避免污染物阻塞的情況發(fā)生，應(yīng)在不影響元件正常工作的情況下，適當(dāng)擴(kuò)大小孔的面積，并盡可能縮短小孔流道的長(zhǎng)度。此外，還應(yīng)當(dāng)確保小孔進(jìn)口位置處光滑，這樣可以有效避免顆粒污染物聚積。

3.1.3合理提升液壓油的抗磨性能也可以有效提高液壓系統(tǒng)的污染耐受度，最為簡(jiǎn)單的方法是向液壓油中加入抗磨添加劑。目前應(yīng)用較多的抗磨添加劑主要由兩大類，一類是二烴基，另一類是二連磷酸鋅，這兩類添加劑在于金屬表面發(fā)生作用后，能生成一層非常光滑的覆蓋層，它可以承受較大的負(fù)荷，從而避免金屬與污染物顆粒之間的磨損。大量的試驗(yàn)結(jié)果表明，只要選擇合適的抗磨添加劑，就能顯著提升液壓系統(tǒng)中各個(gè)元件的耐污染使用壽命。

3.2選用適宜的過(guò)濾裝置

在冶金機(jī)械設(shè)備的液壓系統(tǒng)中，過(guò)濾器是比較重要的輔助元件，它的主要作用是過(guò)濾系統(tǒng)中的污染物，也就是說(shuō)，只要過(guò)濾器選擇的合理，便可以對(duì)液壓污染問(wèn)題起到一定的控制作用。需要闡明的一點(diǎn)是，過(guò)濾器的精度并不是越高越好，雖然過(guò)濾精度高能夠增強(qiáng)過(guò)濾效果，但對(duì)于一般的液壓系統(tǒng)而言，太高的過(guò)濾精度并不適用，并且還會(huì)導(dǎo)致浪費(fèi)，如果選用的過(guò)濾器精度偏低，則無(wú)法起到應(yīng)有的過(guò)濾效果，有可能影響到各個(gè)元件的使用壽命。為此，應(yīng)當(dāng)結(jié)合機(jī)械設(shè)備液壓系統(tǒng)的實(shí)際工況，選用最適宜的過(guò)濾裝置，這樣既能避免浪費(fèi)，又能達(dá)到過(guò)濾污染物的目的。

3.2.1對(duì)于一般的液壓系統(tǒng)，過(guò)濾器的過(guò)濾精度可控制在20 ，而電液伺服系統(tǒng)則需要采用過(guò)濾高一些的過(guò)濾器，如10 或更高的，油液的污染度應(yīng)當(dāng)優(yōu)于6級(jí)。

3.2.2在具體選用過(guò)濾器時(shí)，可以考慮選擇比實(shí)際過(guò)流量大一些的過(guò)濾器，這樣能夠?qū)⒏嗟奈廴疚镱w粒過(guò)濾掉，有助于進(jìn)一步提高液壓油的清潔度。

3.2.3經(jīng)過(guò)大量的實(shí)踐表明，采用并聯(lián)的方式安裝過(guò)濾器，要比串聯(lián)的效果更佳，這是因?yàn)椴⒙?lián)之后從過(guò)濾器中流過(guò)的液體量會(huì)所有減少，有利于系統(tǒng)整體清潔度的提升。

3.2.4可以采用性能相對(duì)較高的過(guò)濾器進(jìn)行分級(jí)過(guò)濾，這樣能夠提高污染物的過(guò)濾效果，同時(shí)，應(yīng)當(dāng)定期對(duì)過(guò)濾器進(jìn)行更換，借此來(lái)避免因過(guò)濾器堵塞引起過(guò)濾失效的情況發(fā)生。

3.2.5在對(duì)過(guò)濾器進(jìn)行清洗的過(guò)程中，可以利用循環(huán)系統(tǒng)取油樣的接口，由此注入適量的油液，這樣能夠使部分可見(jiàn)的污染物從過(guò)濾器的排污口處排出。此外，當(dāng)選定好過(guò)濾器的型號(hào)之后，還要確保安裝質(zhì)量，一般可將過(guò)濾器安裝在吸油回路上，這樣能夠有效清除進(jìn)入泵之前的污染物，如果是精度要求相對(duì)較高的液壓系統(tǒng)，則可安裝多個(gè)過(guò)濾器，如在吸油回路上加裝一個(gè)粗濾器，在液壓管路上加裝一個(gè)精濾器，并在關(guān)鍵性元件的進(jìn)油口之前加裝過(guò)濾器，由此形成多級(jí)過(guò)濾，這有助于提高過(guò)濾效果。

3.3控制外部污染物侵入液壓系統(tǒng)的措施

在檢修液壓系統(tǒng)時(shí)，要及時(shí)清洗液壓管路接頭處的污垢，防止在拆卸或安裝過(guò)程中使污染物進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)部。認(rèn)真清洗、吹干拆卸下來(lái)的液壓元件，并將其放置在干凈地方；及時(shí)清除液壓系統(tǒng)表面的塵土、油污，確保表面干凈；將空氣濾清器設(shè)置在油箱通氣孔處，將防塵裝置設(shè)置在活塞桿處，以防止外漏液壓油流回油箱。

3.4 預(yù)防液壓系統(tǒng)污染的措施

3.4.1 控制液壓系統(tǒng)的安裝質(zhì)量

在安裝完液壓系統(tǒng)之后，應(yīng)當(dāng)按照標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范實(shí)施耐壓試驗(yàn)和密封性試驗(yàn)，檢測(cè)油液的清潔度，確保抽樣檢測(cè)結(jié)果達(dá)到表1中的要求。同時(shí)，還要對(duì)液壓系統(tǒng)性能進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)液壓系統(tǒng)的安裝質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。在安裝液壓系統(tǒng)時(shí)，控制好各個(gè)結(jié)合面的間隙。在制造液壓系統(tǒng)時(shí)，要按照裝配的公差下限進(jìn)行裝配，避免穴蝕對(duì)元件造成不利影響。

表1 固體顆粒污染等級(jí)代號(hào)

系統(tǒng)類型 固體顆粒污染等級(jí)代號(hào)

比例閥液壓系統(tǒng) --/17/14

伺服閥液壓系統(tǒng) --/16/13

低壓液壓系統(tǒng) --/20/17

中壓液壓系統(tǒng) --/19/16

高壓液壓系統(tǒng) --/18/15

3.4.2 控制液壓系統(tǒng)內(nèi)部污染源

在安裝液壓系統(tǒng)時(shí)，要根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行循環(huán)沖洗，沖洗要選用質(zhì)量合格的鈍化液、酸洗液、中和液，并使用具備較大沖力的沖洗裝置，確保將污染物沖洗掉；選擇優(yōu)質(zhì)的液壓元件和油液，并根據(jù)工作環(huán)境的不同選用相應(yīng)的潤(rùn)滑油。在使用液壓油時(shí)，要定期檢驗(yàn)液壓油酸值、粘度、水分等理化指標(biāo)，以及液壓油的清潔度，將其作為判斷液壓油是否需要更換的依據(jù)；為保持油液清潔，應(yīng)當(dāng)定期對(duì)過(guò)濾器進(jìn)行清洗，對(duì)濾芯進(jìn)行更換。同時(shí)，檢查油液的顏色和品質(zhì)，查看其是否出現(xiàn)白濁狀態(tài)，若發(fā)現(xiàn)有白濁狀態(tài)，要查找油液中水的來(lái)源，并及時(shí)更換這類液壓油。

3.5積極采用主動(dòng)維護(hù)策略

目前，國(guó)內(nèi)大部分冶金企業(yè)對(duì)機(jī)械設(shè)備液壓系統(tǒng)的維護(hù)采用都是被動(dòng)維護(hù)模式，這種維護(hù)方式雖然也能對(duì)液壓系統(tǒng)污染起到一定的控制作用，但是從整體情況看，效果并不理想。為此，冶金企業(yè)應(yīng)當(dāng)積極采用主動(dòng)維護(hù)策略。所謂的主動(dòng)維護(hù)就是基于狀態(tài)檢測(cè)的設(shè)備維護(hù)策略，其最為顯著的特點(diǎn)是能夠在液壓系統(tǒng)開(kāi)始出現(xiàn)磨損和性能下降之前，采取的維護(hù)活動(dòng)。該策略主要是以對(duì)系統(tǒng)的檢測(cè)為依據(jù)，并以確保液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行為目標(biāo)。在實(shí)施過(guò)程中，首先需要確定液壓系統(tǒng)所要達(dá)到的目標(biāo)清潔度，然后為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)選擇合理的污染控制裝置，或是對(duì)現(xiàn)有的裝置進(jìn)行改進(jìn)和完善，最后對(duì)系統(tǒng)的油液污染程度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，當(dāng)污染程度超出允許范圍時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)的措施加以糾正，使其達(dá)到目標(biāo)清潔度的要求。通過(guò)這種維護(hù)方法，不但能夠顯著提高冶金企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，而且還能降低機(jī)械設(shè)備液壓系統(tǒng)的故障率及元件損耗，維修與停機(jī)時(shí)間也都隨之減少，有利于提高企業(yè)的生產(chǎn)能效。

4.結(jié)論

總而言之，冶金機(jī)械設(shè)備液壓系統(tǒng)污染的控制是一項(xiàng)較為復(fù)雜且系統(tǒng)的工作，由于引起液壓污染的原因較多，從而給污染控制增添了一定難度。這就要求冶金企業(yè)應(yīng)當(dāng)將此項(xiàng)工作予以足夠的重視，并逐步加大相關(guān)投入，減輕污染對(duì)系統(tǒng)的影響，確保機(jī)械設(shè)備安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，這不但有助于延長(zhǎng)機(jī)械設(shè)備的使用壽命，而且還能為企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

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