井下鑿巖設(shè)備液壓系統(tǒng)的污染與控制

田生琛

（甘肅鏡鐵山礦業(yè)公司，甘肅 張掖 734000）

樺樹(shù)溝礦區(qū)井下鑿巖設(shè)備主要分為中深孔鑿巖設(shè)備及掘進(jìn)鑿巖設(shè)備，中深孔鑿巖設(shè)備主要有Simba H1354臺(tái)車、M4C臺(tái)車、DL2720臺(tái)車，掘進(jìn)鑿巖設(shè)備主要有Boomer282臺(tái)車及DD2710臺(tái)車。在上述各類設(shè)備中，最常見(jiàn)的設(shè)備故障為高壓膠管的爆裂，而在井下特殊環(huán)境下更換高壓膠管，則極易造成油品的污染。鑿巖設(shè)備的核心為液壓系統(tǒng)，在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，液壓油起著關(guān)鍵作用，在鑿巖設(shè)備中，它相當(dāng)于人體的“血液”。因此，油品清潔度對(duì)于液壓系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性具有很大影響。

1 液壓系統(tǒng)的組成

液壓系統(tǒng)在工作過(guò)程中，主要依靠液壓油作為工作介質(zhì)來(lái)完成整體工作，一個(gè)完整的液壓系統(tǒng)主要包括五個(gè)組成部分，液壓油與動(dòng)力元件、控制元件、執(zhí)行元件、液壓輔件有效銜接起來(lái)，共同完成復(fù)雜的工作任務(wù)。液壓系統(tǒng)與人體工作極為相似。

動(dòng)力元件：動(dòng)力元件能將原動(dòng)力輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成最終的液壓能，主要作用是給整個(gè)系統(tǒng)提供壓力油。采掘設(shè)備主要由電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵給系統(tǒng)提供液壓能，動(dòng)力元件相當(dāng)于整個(gè)液壓系統(tǒng)的心臟。

執(zhí)行元件：執(zhí)行元件能把液壓能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，然后驅(qū)動(dòng)整體的機(jī)械結(jié)構(gòu)來(lái)完成工作。執(zhí)行元件主要包括液壓缸以及液壓馬達(dá)，執(zhí)行元件相當(dāng)于人體的各個(gè)軀干（手、胳膊、腿、腳等）。

控制元件：控制元件能夠有效地控制系統(tǒng)的壓力、流量、方向等，主要包括各類閥塊（壓力控制閥、方向控制閥、流量控制閥）?？刂圃饕ㄟ^(guò)對(duì)各方面進(jìn)行控制，然后實(shí)現(xiàn)對(duì)整體元件速度以及方向的控制，從而有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的過(guò)載保護(hù)以及程序控制?？刂圃喈?dāng)于人體的大腦，給各個(gè)執(zhí)行元件提供信號(hào)、指令。

輔助元件：指除動(dòng)力元件、執(zhí)行元件、控制元件以外的其他元件，如：管道、管接頭、郵箱、過(guò)濾器等。

液壓傳動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)整體，各元件間相互影響、相互制約。且各個(gè)元件之間都以一定的方式進(jìn)行連接，特別是輔助元件，看似所起的作用不大，但缺一不可，缺少任何一件細(xì)小元件都會(huì)影響液壓系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

井下采掘設(shè)備的動(dòng)力源主要是1 kV的電能，在整個(gè)系統(tǒng)中，1 kV的電能通過(guò)電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能輸入至液壓系統(tǒng)的液壓泵中，液壓油是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中的介質(zhì)，電機(jī)所提供的機(jī)械能在經(jīng)過(guò)液壓泵之后可以轉(zhuǎn)化成液壓能，進(jìn)行能量傳遞，然后通過(guò)控制元件（各類閥）轉(zhuǎn)化為執(zhí)行元件的機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)執(zhí)行元件（各種液壓缸及液壓馬達(dá)）的需求動(dòng)作，從而完成鑿巖作業(yè)。

2 液壓油的污染及其危害

2.1 污染物的種類、來(lái)源

在液壓工作介質(zhì)當(dāng)中，只要是油液成分以外的物質(zhì)，都將其歸置為污染物。其中主要包括水、空氣或者一些固體的顆粒等，此外，還有一些微生物、化學(xué)物質(zhì)等。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際環(huán)境條件，井下采掘設(shè)備中油品的污染物主要為固體顆粒物（粉塵）、水以及空氣。

2.1.1 粉塵

由于通風(fēng)條件限制，井下作業(yè)環(huán)境較差，時(shí)常出現(xiàn)粉塵較多的情況。設(shè)備在此環(huán)境之下進(jìn)行檢修時(shí)，很難管控粉塵進(jìn)入液壓系統(tǒng)的途徑。

在進(jìn)行各類液壓元件的更換作業(yè)時(shí)，比如更換液壓缸、液壓閥或者各類液壓輔件，都需要拆下管接頭進(jìn)行更換。每當(dāng)拆卸完管接頭后，現(xiàn)場(chǎng)粉塵會(huì)直接與液壓油接觸。此外，設(shè)備高壓膠管頻繁爆裂后的更換過(guò)程中，粉塵也會(huì)通過(guò)接頭與油品接觸，造成液壓油品的污染。樺樹(shù)溝礦區(qū)井下鑿巖設(shè)備平均每天都會(huì)有高壓膠管爆裂的情況。

在進(jìn)行液壓油的加注作業(yè)時(shí)，若設(shè)備的油位過(guò)低，系統(tǒng)就會(huì)報(bào)警停機(jī)，此時(shí)便需要加注液壓油。加注液壓油的過(guò)程中，使用的加油工具、油品以及設(shè)備油箱口都會(huì)直接與現(xiàn)場(chǎng)粉塵接觸，造成油品的污染。

2.1.2 水

井下采掘設(shè)備液壓系統(tǒng)的降溫主要靠水通過(guò)冷卻器進(jìn)行冷卻來(lái)實(shí)現(xiàn)，此外，在進(jìn)行鑿巖作業(yè)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的巖粉也是通過(guò)水來(lái)進(jìn)行沖洗排污。水通過(guò)冷卻器會(huì)進(jìn)入液壓系統(tǒng)，造成油品污染。

2.2 油液污染對(duì)液壓系統(tǒng)的危害

1）顆粒污染物的堵塞和淤積引起元件故障。

2）加劇元件磨損，導(dǎo)致元件泄露、性能衰退、加速油液性能劣化變質(zhì)等。

3）空氣侵入會(huì)降低油液的體積彈性模量，使系統(tǒng)的剛性和響應(yīng)特性變差；壓縮過(guò)程能量的消耗會(huì)使油溫升高，從而導(dǎo)致氣蝕，加劇元件損壞，引起震動(dòng)噪聲；加速油液氧化變質(zhì)，降低油液的潤(rùn)滑性；氣穴破壞會(huì)摩擦副耦合件之間的油膜，加劇元件磨損。

4）油液中侵入的水與油液中某些添加劑的金屬硫化物（或氯化物）作用產(chǎn)生酸性物質(zhì)而腐蝕元件；水和油液當(dāng)中的一些添加劑會(huì)發(fā)生反應(yīng)，出現(xiàn)一些沉淀物或者膠質(zhì)有害物，加快油液的變質(zhì)；水會(huì)導(dǎo)致油液乳化，降低其潤(rùn)滑性；低溫下的油液當(dāng)中的微小的水珠會(huì)變成冰粒堵塞間隙孔，導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)故障。

3 液壓油的更換

在使用液壓油的時(shí)候，液壓油會(huì)因?yàn)橥饨绲囊恍┮蛩兀ㄈ缈諝狻⑺┮约皟?nèi)部的一些因素（如液壓油的化學(xué)組成以及添加劑等），使工作介質(zhì)或快或慢地發(fā)生物理變化、化學(xué)變化，進(jìn)而逐步地老化變質(zhì)。油液的變化主要表現(xiàn)在：水分增加、機(jī)械雜質(zhì)增加、黏度增加或減少、抗乳化性變差、穩(wěn)定性變差等。

為了保證液壓系統(tǒng)工作的可靠性，要對(duì)油液的一些主要性能參數(shù)進(jìn)行定期性、經(jīng)常性地檢測(cè)，當(dāng)液壓油劣化并超出規(guī)定的技術(shù)要求（換油指標(biāo)）時(shí)，必須換油。常見(jiàn)的有以下三種換油方式。

3.1 定期換油法

依據(jù)主機(jī)的具體環(huán)境條件以及其對(duì)于油品的需求，規(guī)定好換油周期，按照實(shí)際的工作情況，比如運(yùn)營(yíng)半年或運(yùn)營(yíng)一年對(duì)其進(jìn)行換油。然而，此種方法實(shí)際上并不科學(xué)，油品在使用過(guò)程中很容易被污染，而由于換油周期沒(méi)到，往往會(huì)在油品污染的情況下還繼續(xù)使用，影響液壓系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 目測(cè)檢驗(yàn)換油法

定期從運(yùn)行的系統(tǒng)中抽取油樣跟新油進(jìn)行比較，觀察油樣的變化，比如油樣是否出現(xiàn)了發(fā)黑、發(fā)臭的情況，或者檢測(cè)人員自己感覺(jué)已出現(xiàn)了被污染的情況，就決定換油。實(shí)際上，這種方法存在著個(gè)人主觀臆斷的情況，因?yàn)槊總€(gè)人會(huì)根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)或者感覺(jué)的不同來(lái)對(duì)其進(jìn)行判斷，所以在使用此方法對(duì)換油進(jìn)行判斷時(shí)，存在一定的局限性。

3.3 定期取樣化驗(yàn)換油法

定期對(duì)一些項(xiàng)目進(jìn)行測(cè)定，比如定期對(duì)油樣的腐蝕性、酸值等進(jìn)行測(cè)定，之后跟規(guī)定的劣質(zhì)油進(jìn)行比對(duì)，一旦一項(xiàng)或者是幾項(xiàng)超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)的話，就必須進(jìn)行換油處理。換油指標(biāo)也會(huì)因主機(jī)類型、工作條件及油品不同而異，但定期檢測(cè)的項(xiàng)目大同小異。這種換油方式相對(duì)科學(xué)，可有效減少由于油液原因?qū)е碌南到y(tǒng)故障，又能充分合理利用油液，減少浪費(fèi)。

4 液壓系統(tǒng)污染的控制措施

新設(shè)備投入使用之前，在各液壓元件及管路之間裝配時(shí)可能存在清洗不干凈、夾雜有毛刺、雜質(zhì)等污染物的情況，以下簡(jiǎn)要分析外界及系統(tǒng)內(nèi)部因素造成的污染控制措施。

4.1 外界因素造成油液污染的控制措施

把存放液壓油的容器放到干凈地方；在油箱或油桶注入的地方放置好過(guò)濾裝置，保證油箱跟油桶的密封性；從油桶中取油之前，首先應(yīng)清除周圍覆蓋的污染物，比如粉塵等；加油之前應(yīng)清洗器具，漏出來(lái)的油若未經(jīng)過(guò)沉淀，不能返回油箱。

4.2 系統(tǒng)內(nèi)部因素造成油液污染的控制措施

在系統(tǒng)中設(shè)置具有一定過(guò)濾度的過(guò)濾器，并且在日常使用過(guò)程中注意好維護(hù)以及檢查，及時(shí)完成污染物的清理；如果發(fā)現(xiàn)污染度超標(biāo)的情況，需及時(shí)查明原因，并及時(shí)消除污染源，避免出現(xiàn)更大的故障；定期進(jìn)行油樣取樣，消除污染物以及各種水分的影響，并且明確需對(duì)哪些因素進(jìn)行更好控制；若要將油箱放空，則需徹底清除油箱里的殘留物。

5 結(jié)語(yǔ)

為保證油品清潔度，在設(shè)備使用及維護(hù)過(guò)程中，一定要減少系統(tǒng)性的污染，且在檢修時(shí)候不應(yīng)造成額外污染，這就要求工作人員必須要有高度的責(zé)任心，嚴(yán)格按照相關(guān)要求進(jìn)行操作，不可將任何污染物帶到系統(tǒng)當(dāng)中。在拆裝時(shí)，需要將油口包住，防止污染物的進(jìn)入，更換的元件在安裝之前必須清洗干凈，加入的油品首先要進(jìn)行過(guò)濾。此外，還應(yīng)提高檢修工作人員對(duì)污染問(wèn)題的重視度，加強(qiáng)監(jiān)督和檢查，減少各種器具亂放情況，盡可能減少會(huì)使系統(tǒng)出現(xiàn)污染的機(jī)會(huì)，從而避免污染問(wèn)題的產(chǎn)生。