探討冶金機(jī)械液壓污染的原因與控制

姜海鋒

(東北特鋼集團(tuán)北滿特鋼有限責(zé)任公司，黑龍江 齊齊哈爾161041)

1 液壓油液污染的主要原因及危害

1.1 液壓油液污染原因

液壓系統(tǒng)中的污染物主要是指混雜在油液當(dāng)中的各類固體顆粒、水、空氣、質(zhì)變化學(xué)成分、微生物等。主要原因有以下三個方面。

1.1.1 外界侵入污染物

液壓系統(tǒng)和元件在使用過程中，外界的粉塵顆粒通過往復(fù)伸縮的活塞桿、注入系統(tǒng)的油液和流回油箱的回油、油箱的通氣孔等進(jìn)入油液中。此外，對液壓系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)時，拆裝密封件、閥體等也會帶入棉紗、橡膠等污染物，如高爐的舉升裝置、送料系統(tǒng)等液壓系統(tǒng)。

1.1.2 系統(tǒng)制造污染物

液壓系統(tǒng)及其元件在制造、裝配、存儲、運(yùn)輸過程中，系統(tǒng)本身就存在的原始污染物，如毛刺、切屑、飛邊、沙粒、磨料、焊渣、銹片、油漆、密封膠、纖維、沖洗液等。冶金機(jī)械當(dāng)中對于單個零部件組成的液壓系統(tǒng)污染，則是由于零部件不潔而帶入的污染物。

1.1.3 系統(tǒng)生成污染物

冶金機(jī)械液壓系統(tǒng)大部分都是在高溫、高壓、重載的條件工作，致使液壓油液高溫下產(chǎn)生化學(xué)質(zhì)變，腐蝕金屬表面，產(chǎn)生金屬顆粒、銹滓，潤滑不良，產(chǎn)生部分磨料。而高壓、重載使得液壓油剝落金屬表面顆粒，加速密封元件的老化，產(chǎn)生金屬和非金屬顆粒污染。

1.2 液壓油液污染的危害

1.2.1 固體顆粒的危害

固體顆粒污染物主要由金屬顆粒、沙粒、橡膠顆粒、纖維和積碳等物質(zhì)組成。這些顆粒大多是金屬和硅、鋁等氧化物，硬度一般較高，莫氏硬度在4～7之間。其中，二氧化硅和三氧化鋁的硬度可達(dá)莫氏硬度在7～9，對系統(tǒng)和元件的危害較大。液壓油液污染當(dāng)中，金屬顆粒約占75%，塵埃占15%，其他雜質(zhì)占10%。在各種污染物中，固體顆粒分布最廣、危害最大，是引發(fā)系統(tǒng)故障、降低可靠性和降低元器件使用壽命的最主要原因。因此，污染控制的重點(diǎn)就是減少固體顆粒。

(1)固體顆粒的磨料磨損

磨料磨損是冶金機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)中的一個嚴(yán)重問題，是液壓和潤滑系統(tǒng)元件失效的主要原因。顆粒污染引起的磨損主要有切削、疲勞、粘著和沖蝕形式。它們交互并存和作用，影響閥芯的正常工作。

a.切削磨損

進(jìn)入元件運(yùn)動副間隙的較硬固體顆粒嵌入材料較軟的元件表面，在相對運(yùn)動過程中象車刀一樣將元件表面的部分材料切削下來，形成碎屑。這種磨損因較軟的表面易嵌入顆粒，故較硬的表面反而磨損嚴(yán)重，切削表面有明顯的劃痕。

b.疲勞磨損

固體顆粒進(jìn)入運(yùn)動副間隙后，在碾壓和滾動下使元件表面產(chǎn)生應(yīng)力裂紋，在油壓的作用下不斷擴(kuò)展，形成空洞，并使表面材料剝離。

c.粘著磨損

固體顆粒與元件表面擠壓產(chǎn)生微小塑性變形，形成凸起和凹坑，破壞潤滑油膜，使運(yùn)動副金屬表面直接接觸，接觸點(diǎn)在高速、重載作用下局部產(chǎn)生高溫而使金屬產(chǎn)生粘著。當(dāng)運(yùn)動副作相對運(yùn)動時發(fā)生剪切，使金屬表層剝落而形成磨粒，進(jìn)一步加劇磨損。當(dāng)熔合點(diǎn)過多時，運(yùn)動副會發(fā)生卡滯甚至卡死的現(xiàn)象，導(dǎo)致突發(fā)性故障。

d.沖蝕磨損

固體顆粒隨著高速液流，不斷向暴露在流道中元件的棱邊和表面噴射沖刷，可使被沖刷部位受到磨損，形成沖蝕磨損。

(2)淤積

固體顆粒隨油液流經(jīng)運(yùn)動副時，在隙縫流動的附加作用下，粒度小于配合間隙的顆粒較易進(jìn)入間隙內(nèi)，在油膜的吸附和阻滯下淤積在間隙內(nèi)，隨著淤積量的增加，隙縫流動可能被大量小顆粒阻斷，形成淤積現(xiàn)象。顆粒淤積造成運(yùn)動副之間的靜摩擦力大大增加，閥芯運(yùn)動受阻，導(dǎo)致液壓系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，出現(xiàn)空中飄擺、油壓不穩(wěn)、壓力跳動、響應(yīng)瞬時變慢或停滯等。淤積現(xiàn)象往往是暫時的，當(dāng)運(yùn)動副一旦工作起來后，原來形成的邊界層就被破壞，淤積的顆粒很快就會被液流帶走，滑閥又能正常工作。因此，突發(fā)性的工作不穩(wěn)定故障也能自動消除。油液中小顆粒濃度越高，淤積現(xiàn)象就越容易發(fā)生。

(3)堵塞

堵塞主要是指固體顆粒將節(jié)流孔、阻尼孔、噴嘴、過濾器等堵死，造成流量減小甚至斷流，危害很大。

(4)卡滯

卡滯主要是指較大的顆粒進(jìn)入運(yùn)動副間隙并附在間隙入口附近，造成上下間隙產(chǎn)生徑向不平衡力，把閥芯壓向顆粒濃度高的一邊，產(chǎn)生液壓卡緊現(xiàn)象。在高壓系統(tǒng)當(dāng)中，當(dāng)發(fā)生液壓卡緊時，閥芯受到的不平衡力和液壓卡緊力都很大，造成閥芯卡滯和偏磨。此外，切削作用和粘著作用也都可引起卡滯。

(5)加速油液變質(zhì)

大量顆粒的不規(guī)則運(yùn)動，會對油液起反復(fù)剪切作用，降低油液黏度和潤滑性，催化油液變質(zhì)，加快更換周期。

1.2.2 水的危害

液壓系統(tǒng)油液中的水主要來自潮濕的空氣和水循環(huán)冷卻的工作環(huán)境。水污染的主要危害在于:

(1)引起腐蝕

水與油液當(dāng)中的金屬硫化物、氯化物作用產(chǎn)生酸性介質(zhì)，腐蝕元件表面。

(2)加速油液變質(zhì)

水使油液氧化和乳化，還會與添加劑發(fā)生化學(xué)作用，產(chǎn)生沉淀物和膠質(zhì)，破壞了油膜強(qiáng)度，降低了潤滑性能。同時也為繁衍微生物創(chuàng)造了條件，加速油液氧化變質(zhì)。

(3)低溫結(jié)冰

游離水低溫結(jié)冰會堵塞小孔、間隙、油濾器。

1.2.3 空氣的危害

空氣比水更容易進(jìn)入液壓系統(tǒng)，它在液壓系統(tǒng)有兩種存在形式:溶解狀態(tài)和游離狀態(tài)。處于溶解狀態(tài)的空氣通常不會影響系統(tǒng)工作，主要是游離態(tài)的空氣產(chǎn)生危害。(1)產(chǎn)生氣蝕，破壞元件材料表面，并引起系統(tǒng)振動和噪音;(2)降低液壓油液的體積彈性模量和剛性，使系統(tǒng)響應(yīng)特性變差;(3)產(chǎn)生氣阻。液壓泵工作時，吸油腔是低壓區(qū)，處于游離狀態(tài)的小氣泡體積會急劇膨脹，處于溶解狀態(tài)的空氣也會析出來，把吸油腔充滿，造成氣阻。

2 液壓系統(tǒng)的污染控制

2.1 合理選用過濾器

在液壓系統(tǒng)中合理選用過濾器是控制油液污染的主要措施。過濾器精度過高，則會造成不必要的浪費(fèi)，過濾器精度過低，則使液壓元件的使用壽命縮短。對于頻率響應(yīng)快、系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性好的液壓系統(tǒng)，需要有一個好的污染控制系統(tǒng)。

2.2 液壓系統(tǒng)制造安裝污染控制

2.2.1 電液伺服系統(tǒng)一般多采用不銹鋼無縫鋼管，管子之間的連接盡量避免螺紋連接，不銹鋼管及不銹鋼彎頭等附件要用硝酸與氫氟酸的混合酸洗，以清除管道內(nèi)壁的污染物。管道分段采用鋸割，不準(zhǔn)采用砂輪切割機(jī)，以防止砂輪粉末殘留在管道內(nèi)。焊接將不銹鋼管端打好坡口，銼去毛刺并吹干凈，并采用氬弧焊，防止焊縫熔渣。

2.2.2 液壓油管拆裝時，應(yīng)將管接頭開口朝上，用堵頭堵住以防止液壓油流失和污染物的侵入。

2.3 強(qiáng)化液壓系統(tǒng)的維護(hù)與保養(yǎng)

2.3.1 加注新油液的污染控制。經(jīng)過對新油檢測，一般污染度都在NAS10級以下，遠(yuǎn)不能滿足電液伺服系統(tǒng)要求的NAS6級以上的標(biāo)準(zhǔn)。因此，新油加注前，采用精細(xì)過濾車三級過濾，使新油的污染度完全符合電液伺服閥NAS6級的標(biāo)準(zhǔn)，從而大大降低了對電液伺服閥的更換、清洗頻率，提高了設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行率。

2.3.2 離線、在線循環(huán)沖洗。離線循環(huán)沖洗時，斷開電液伺服閥和其它液壓部件，將軟管、硬管直接連通，開泵過濾新油并沖洗管路，運(yùn)行24～72h，油溫控制在50～60°，沖洗壓力約為2MPa，并用橡膠錘敲擊接頭、焊縫等部位，將固體顆粒污染物清除。在線循環(huán)沖洗是當(dāng)系統(tǒng)的液壓油檢驗(yàn)達(dá)NAS1638－4－5級標(biāo)準(zhǔn)后，方可接入電液伺服閥和其它液壓部件，開啟系統(tǒng)進(jìn)行在線循環(huán)沖洗。

2.3.3 防止油溫過高。液壓油液溫度過高，會加速油液氧化變質(zhì)，從而增加金屬磨損，并使密封件老化變形，造成液壓系統(tǒng)泄漏和污染。冷熱軋機(jī)的工作油溫應(yīng)控制在55℃以下。

2.3.4 及時更換執(zhí)行元件的密封。定期更換軸端和活塞密封，防止內(nèi)外漏泄和外部雜質(zhì)的侵入。

2.3.5 定期清洗油箱，清除積垢，更換油濾器和空濾器，防止外界顆粒污染物進(jìn)入系統(tǒng)油箱和備用油箱。

3 結(jié)語

為提高冶金設(shè)備液壓系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，減少系統(tǒng)運(yùn)行故障率，正確合理地設(shè)計(jì)和安裝液壓系統(tǒng)尤顯重要。因此，我們必須提高對系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝與運(yùn)行可靠性關(guān)系的認(rèn)識。