1780 mm熱軋液壓系統(tǒng)油溫變化分析與控制

常玉林，蘭野，王希昆，劉德發(fā)

（本鋼集團(tuán)北營(yíng)公司軋鋼廠，遼寧 本溪117017）

本鋼北營(yíng)軋鋼廠1780熱軋生產(chǎn)線主軋線共有八套液壓系統(tǒng)，所用油品為46號(hào)抗磨液壓油，分別為粗軋、精軋、卷取、運(yùn)輸區(qū)域的設(shè)備提供服務(wù)。在液壓系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下，油箱中油液適宜溫度一般在30～50℃，最高不應(yīng)超過(guò)65℃［1］。然而，在2015年至2016年期間，各區(qū)域液壓系統(tǒng)出現(xiàn)不同程度的溫度變化（溫升），影響了液壓油的粘度指標(biāo)，使各系統(tǒng)漏油量增加，作業(yè)效率下降。本文分析了液壓系統(tǒng)溫升的成因，并提出相應(yīng)的控制措施，從而使系統(tǒng)能在良性穩(wěn)定的工作條件下運(yùn)行，發(fā)揮出更好的作用。

1 油溫異常狀況及危害

在液壓油的各種物理性質(zhì)中，粘度是重要的性質(zhì)之一。粘度對(duì)溫度很敏感，溫度略有升高，其粘度即明顯下降［2］。1780主軋線的八套液壓系統(tǒng)，各自有獨(dú)立的冷卻循環(huán)裝置，但自2015年起，各系統(tǒng)油液開(kāi)始出現(xiàn)不同程度的溫升，油液長(zhǎng)時(shí)間在55～60℃的狀況下工作。

若油溫長(zhǎng)時(shí)間過(guò)高，則油液粘度下降，油液泄漏增加，密封材料老化，油液氧化，嚴(yán)重影響液壓系統(tǒng)正常工作［3］。與生產(chǎn)初期運(yùn)行可控油溫在45℃左右的工況相比，系統(tǒng)元件的漏油現(xiàn)象增加了；工作泵因油液粘度下降內(nèi)泄增加、效率下降，造成油液溫升，進(jìn)而惡性循環(huán)；液壓系統(tǒng)中高溫區(qū)域的管件橡膠制品老化、脫落后元件卡阻現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

2 影響油液溫升的因素

2.1 溢流閥壓力設(shè)定的影響

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，軋線液壓系統(tǒng)中的溢流閥主要配置在工作泵（恒壓變量軸向柱塞泵）、執(zhí)行元件、蓄能器等處的管路中，用于各元件過(guò)載保護(hù)。溢流閥的調(diào)整壓力是有一定要求的，一般比最大負(fù)載時(shí)的工作壓力大 10%～20%［4］。

圖1為溢流閥原理簡(jiǎn)圖，在正常工作過(guò)程中，這些溢流閥是處于關(guān)閉狀態(tài)不會(huì)有油液流過(guò)的，如圖1（a）所示；只有當(dāng)溢流閥的調(diào)節(jié)壓力低于系統(tǒng)實(shí)際工作壓力，或者系統(tǒng)意外超壓時(shí)才會(huì)形成溢流保護(hù)，如圖1（b）所示。而長(zhǎng)時(shí)間的溢流會(huì)造成元件與油液摩擦，從而產(chǎn)生熱量。

現(xiàn)場(chǎng)八套液壓系統(tǒng)工作泵出口的溢流閥泄油口管路均有不同程度的溢流，而溢流閥本體也存在不同程度的溫升，即溢流閥設(shè)定壓力與泵工作壓力不匹配。

圖1 溢流閥原理簡(jiǎn)圖

2.2 蓄能器泄油閥開(kāi)關(guān)的影響

各液壓系統(tǒng)所服務(wù)的設(shè)備因工作需求，在執(zhí)行元件的相關(guān)部位配有蓄能器組，便于輔助完成預(yù)期的運(yùn)行目標(biāo)。蓄能器組原理圖如圖2所示。圖2中所示的球閥及溢流閥在系統(tǒng)正常工作時(shí)處于常關(guān)狀態(tài)，無(wú)油流通過(guò)。此結(jié)構(gòu)中的溢流閥安全壓力設(shè)定在元件出廠時(shí)已經(jīng)通過(guò)鉛封鎖定無(wú)法調(diào)節(jié)，其中的球閥（泄油閥）只有在蓄能器組所對(duì)應(yīng)的設(shè)備檢修時(shí)才進(jìn)行開(kāi)啟泄壓。

現(xiàn)場(chǎng)排查時(shí)，發(fā)現(xiàn)各液壓系統(tǒng)所對(duì)應(yīng)的蓄能器組中，均有或多或少泄油閥關(guān)閉不嚴(yán)的現(xiàn)象。這主要是對(duì)應(yīng)的設(shè)備檢修次數(shù)過(guò)多，頻繁的開(kāi)關(guān)造成球閥內(nèi)部封油效果下降，或由于作業(yè)人員習(xí)慣性關(guān)閉不嚴(yán)造成的。而油液在閥門(mén)進(jìn)出口的泄漏引起了溫升，其中在運(yùn)輸區(qū)域1號(hào)鏈液壓站站內(nèi)蓄能器組表現(xiàn)最為明顯，此處的泄漏直接造成管路溫度達(dá)50℃以上。

圖2 蓄能器組原理圖

2.3 工作泵內(nèi)部泄漏的影響

現(xiàn)場(chǎng)液壓系統(tǒng)均采用恒壓變量軸向柱塞泵。軸向柱塞泵局部簡(jiǎn)圖如圖3所示，柱塞在泵內(nèi)缸體中做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使油液達(dá)到工作壓力。當(dāng)柱塞與缸體間的配合間隙增大時(shí)，其內(nèi)部泄漏也隨之增加，這部分的損失也就轉(zhuǎn)變成熱量，液壓油經(jīng)泵體泄漏油管帶回油箱。

對(duì)損壞下線的工作泵進(jìn)行分解，發(fā)現(xiàn)泵內(nèi)元件磨損，柱塞與缸體間劃傷現(xiàn)象較普遍，也就是說(shuō)，工作泵在運(yùn)行時(shí)完全可能存在嚴(yán)重的內(nèi)部泄漏，造成油液溫升。

圖3 軸向柱塞泵局部簡(jiǎn)圖

2.4 油箱低液位的影響

油箱在液壓系統(tǒng)中的主要功能之一是散發(fā)系統(tǒng)工作過(guò)程中產(chǎn)生的一部分熱量［1］。油箱液位示意圖如圖4所示，工作現(xiàn)場(chǎng)油箱液位實(shí)際運(yùn)行高度，多數(shù)僅占油箱總高度1/4左右，有的還要更低。容積量少，油液帶回來(lái)的熱量還沒(méi)經(jīng)過(guò)充分的散發(fā)或交換，就重新進(jìn)入系統(tǒng)中工作，再次帶回了新的熱量，如此往復(fù)，熱量不斷攀升。

近年，寧夏農(nóng)村飲水工作取得了很大進(jìn)步，農(nóng)村水利基礎(chǔ)條件有了很大改善，自來(lái)水受益率達(dá)到了62%，農(nóng)村的飲水基本得到了保障。隨著農(nóng)村飲水和鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水的持續(xù)發(fā)展，農(nóng)村、鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民生活用水量不斷增加，但小城鎮(zhèn)和廣大農(nóng)村的居住區(qū)缺乏排水設(shè)施，更談不上污水的處理和利用，影響了可持續(xù)發(fā)展，部分地區(qū)群眾期望農(nóng)村供排水設(shè)施同步發(fā)展。此外，一些工程管理仍在沿用計(jì)劃經(jīng)濟(jì)體制下的管理模式，管理意識(shí)淡薄，管理方式和管理手段落后，服務(wù)跟不上，與廣大群眾的期望仍有差距。

圖4 油箱液位示意圖

2.5 系統(tǒng)中卸荷閥的影響

圖5為供油裝置簡(jiǎn)圖，軋線液壓系統(tǒng)中供油管路的總管均并聯(lián)一個(gè)二位四通電磁換向閥，如圖5中所示的卸荷閥。該閥與工作泵啟停相聯(lián)鎖，即液壓系統(tǒng)正常工作時(shí)電磁閥得電關(guān)閉，使系統(tǒng)達(dá)到工作壓力；當(dāng)系統(tǒng)需要檢修時(shí)，隨著工作泵的全部停止，電磁閥失電管路壓力卸荷，處于檢修狀態(tài)。

問(wèn)題排查的過(guò)程中，AGC液壓站的卸荷閥溢流聲音明顯，閥體溫度過(guò)高，達(dá)到手不可長(zhǎng)時(shí)間停留的情況。經(jīng)過(guò)停機(jī)手動(dòng)檢查，發(fā)現(xiàn)閥芯卡阻無(wú)法關(guān)嚴(yán)，從而導(dǎo)致油液大量溢流而產(chǎn)生溫升。

圖5 供油裝置簡(jiǎn)圖

2.6 過(guò)濾器堵塞的影響

主軋線的液壓系統(tǒng)均在供油、回油、循環(huán)管路中配有相應(yīng)的過(guò)濾裝置。濾筒中的濾芯受污染堵塞嚴(yán)重時(shí)，過(guò)流必然要受影響，濾芯前后的壓降增大，這部分的壓力損失同樣會(huì)以熱量的形式轉(zhuǎn)換，并經(jīng)液壓油帶回油箱。

2.7 環(huán)境溫度的影響

1780 mm運(yùn)輸區(qū)域的2號(hào)鏈液壓站，除了存在上述一部分問(wèn)題外，其所處環(huán)境溫度高，也直接影響了系統(tǒng)的熱交換。由于該站位置在鋼卷庫(kù)邊緣，鋼卷冷卻散發(fā)出來(lái)的熱量，使液壓站室溫環(huán)境達(dá)到45℃左右，油箱及設(shè)備無(wú)法得到良性的熱釋放。

2.8 冷卻器的影響

冷卻器配置在生產(chǎn)線的每一套液壓系統(tǒng)中，是液壓系統(tǒng)對(duì)油液強(qiáng)制冷卻的重要設(shè)備之一。當(dāng)進(jìn)水管路過(guò)濾器污染堵塞時(shí)，會(huì)造成冷卻器中的進(jìn)水壓力下降，水流速度減緩，不利于油液熱量交換，影響冷卻效果。

3 控制措施

通過(guò)對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行分析，結(jié)合各系統(tǒng)的實(shí)際情況，在日常設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，從點(diǎn)巡檢、作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、備件更換周期等方面入手，制定具體措施如下。

（1）對(duì)各液壓系統(tǒng)溢流閥進(jìn)行檢查，重新調(diào)整壓力設(shè)定有問(wèn)題的溢流閥，將溢流閥安全開(kāi)啟壓力設(shè)定為所在系統(tǒng)工作壓力的1.2倍，在日常點(diǎn)檢過(guò)程中，通過(guò)手持式測(cè)溫槍檢查溢流管是否有明顯溫升，以此判斷是否溢流，保證正常工作時(shí)溢流閥處于關(guān)閉狀態(tài)。

（2）重新對(duì)蓄能器泄油閥關(guān)閉不嚴(yán)的部位進(jìn)行分析。完善作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，要求員工作業(yè)后確保將泄油閥恢復(fù)到完全關(guān)閉狀態(tài)。在設(shè)備使用過(guò)程中，采取觸摸或手持儀器，通過(guò)管路溫度變化，判斷是否有泄漏現(xiàn)象。如果確實(shí)是備件本身密封原因，則進(jìn)行更換。

（3）在更換密封、管件、液壓閥等作業(yè)過(guò)程中，要求作業(yè)人員及時(shí)用清潔材料封堵管口或元件結(jié)合面，提高作業(yè)過(guò)程中的污染控制，降低由于污染物進(jìn)入液壓系統(tǒng)造成內(nèi)部元件損傷的機(jī)率，減少系統(tǒng)內(nèi)泄漏。

（4）每三個(gè)月進(jìn)行一次油樣化驗(yàn)，根據(jù)化驗(yàn)結(jié)果以及油箱液位的實(shí)際運(yùn)行高度，有針對(duì)性的對(duì)油箱補(bǔ)油，提高系統(tǒng)油箱儲(chǔ)油量，改善油品質(zhì)量，保證具有充足的熱交換介質(zhì)。

（5）定期檢查系統(tǒng)中卸荷閥的使用情況。通過(guò)聽(tīng)覺(jué)、觸摸、儀器等方法，每周對(duì)各系統(tǒng)中的卸荷閥進(jìn)行檢查，如出現(xiàn)聲音或溫度異常，則及時(shí)更換處理。

（6）每個(gè)月對(duì)系統(tǒng)中的供油、回油、循環(huán)管路過(guò)濾裝置，進(jìn)行一次過(guò)濾前后的壓差檢查，當(dāng)壓差≥0.35 MPa，或者出現(xiàn)壓差發(fā)訊報(bào)警時(shí)，立即檢查更換濾芯，清理濾筒；即使濾芯沒(méi)有出現(xiàn)壓差報(bào)警，也要在使用6個(gè)月時(shí)進(jìn)行更換，便于液壓油能有一個(gè)好的過(guò)流條件。

（7）對(duì)于環(huán)境溫度的影響，逐步改善問(wèn)題環(huán)境的通風(fēng)條件。更換大功率冷卻器，提高強(qiáng)制冷卻效果。在液壓站地面配置軸流風(fēng)機(jī)，當(dāng)墻壁上排風(fēng)換氣裝置損壞或缺失時(shí)立即進(jìn)行更換，以保證設(shè)備運(yùn)行環(huán)境空氣流通，降低環(huán)境溫度。

（8）恢復(fù)冷卻器循環(huán)管路中缺失或損壞的壓力表，在每天的點(diǎn)巡檢過(guò)程中，檢查冷卻水進(jìn)出的壓差變化，當(dāng)壓差≥0.5 MPa時(shí)，在周檢修時(shí)對(duì)濾芯進(jìn)行清洗或更換。特別是在夏季，每個(gè)月進(jìn)行一次水濾芯清理及管路反沖洗作業(yè)，以保證達(dá)到良好的冷卻效果。

4 實(shí)施效果

通過(guò)對(duì)各區(qū)域采取不同的措施，各系統(tǒng)油溫均能控制在50℃左右。油質(zhì)得到了改善，外觀由暗紅色透明依次向深紅色透明、紅色透明及黃色透明狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變。同時(shí)，油品的粘度也逐步改善，AWC液壓站油品粘度變化見(jiàn)圖6。各系統(tǒng)油液及液壓元件均在理想的溫度范圍內(nèi)工作,橡膠密封件漏油現(xiàn)象逐漸減少，液壓設(shè)備工作質(zhì)量整體得到了顯著提高。

圖6 AWC液壓站油品粘度變化

5 結(jié)語(yǔ)

本鋼北營(yíng)軋鋼廠1780 mm熱軋帶鋼生產(chǎn)線液壓系統(tǒng)存在油溫異常的問(wèn)題，通過(guò)采取完善設(shè)備點(diǎn)巡檢內(nèi)容，規(guī)范檢修作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，制定并嚴(yán)格執(zhí)行合理的備件更換周期等措施后，系統(tǒng)油溫的問(wèn)題逐步得到改善。改進(jìn)后，設(shè)備在良性工況下運(yùn)行，各系統(tǒng)油液及液壓元件均在理想的溫度范圍內(nèi)工作,減少了故障的發(fā)生，作業(yè)率也得到了提高。