淺談冶金機械液壓系統(tǒng)的污染與控制

晉軍

（上海二十冶建設(shè)有限公司 上海市 201999）

摘 要：如何避免冶金機械液壓油的污染，本文首先分析了液壓系統(tǒng)污染產(chǎn)生的原因及其帶來的危害，接著針對問題提出解決的具體措施，以期使液壓系統(tǒng)能夠維持正常運作。

關(guān)鍵詞：冶金機械 液壓系統(tǒng) 污染控制

0 引言

液壓系統(tǒng)中的油液污染是冶金機械液壓系統(tǒng)故障的一大主要原因。由于冶金機械運行在高溫、高壓、高濕、高粉塵、高速和高負荷的工作環(huán)境中，冶金機械設(shè)備在運作過程中很容易發(fā)生油液污染問題并且產(chǎn)生化學(xué)質(zhì)變。比如在冷、熱連軋機液壓工作系統(tǒng)中所采用的電液伺服閥由于對油液污染很敏感，所以在油液污染后就極易發(fā)生故障，可以說大部分液壓系統(tǒng)故障都是由液壓油液污染引起的。所以我們必須嚴格監(jiān)控液壓系統(tǒng)的污染情況，這樣可以保證液壓系統(tǒng)的正常工作并且延長了其使用壽命。

1 液壓油液污染的原因和危害

1.1液壓油液污染的原因

液壓系統(tǒng)的污染物主要是各類固體顆粒、水、空氣、質(zhì)變的化學(xué)成分、微生物等。具體原因主要有以下三個方面：

1.1.1外界污染物

由于外界粉塵顆?？梢栽谝簤合到y(tǒng)和元件的運作過程中侵入系統(tǒng)，造成污染問題。途徑包括伸縮活動的活塞桿、流回油箱的回油和郵箱的通氣孔、注入系統(tǒng)的油液。另外在系統(tǒng)維護時，隨著密封件、閥體等的拆裝，會有棉紗和橡膠等污染物進入。

1.1.2系統(tǒng)制造污染物

在液壓系統(tǒng)和其元件的制造、裝配、存儲和運輸過程中、污染物可能就已經(jīng)侵入系統(tǒng)內(nèi)部。這是由于冶金機械零件不干凈造成的。

1.1.3系統(tǒng)生成污染物

原因主要有：冶金機械液壓系統(tǒng)在工作過程中發(fā)生化學(xué)質(zhì)變；由于銹滓、潤滑不好等產(chǎn)生部分磨料；在高壓下，由于重載會使金屬表面顆粒剝落，加速密封元件的老化，造成金屬和非金屬顆粒污染。

1.2液壓油液的危害

1.2.1固體顆粒

金屬顆粒、沙粒、橡膠顆粒、纖維和積碳等固體顆粒會侵入液壓系統(tǒng)造成污染，這些顆粒大多是金屬和硅、鋁等氧化物，它們共同的特點是硬度較高。固體顆粒污染物相對于其它污染物危害最大，分布最廣，因此是造成系統(tǒng)故障，降低元件壽命的最大原因，因此應(yīng)對固體顆粒污染引起重視。

（1）磨料磨損

液壓和潤滑系統(tǒng)發(fā)生故障的主要原因就是磨料磨損，主要形式有切削、疲勞、黏著和沖蝕，共同影響了閥芯的正常運作。

（1）疲勞磨損

由于固體顆粒會進入運動間隙，通過碾壓和滾動的作用導(dǎo)致元件表面發(fā)生應(yīng)力裂紋，并且不斷在油壓的作用下擴大，逐漸形成空洞，最終導(dǎo)致表面材料脫落。

（2）沖蝕磨損

由于固體顆粒會隨著高速液流，會沖刷流道中的元件，最終使沖刷部位受到一定程度的損害，導(dǎo)致沖蝕磨損。

（3）黏著磨損

固體顆粒附著在元件表面并在表面擠壓的作用下導(dǎo)致材料表面凹凸不平，從而使?jié)櫥湍な?，最終運動副金屬直接接觸，在接觸點由于高速和重載的原因會產(chǎn)生局部高溫，加劇了磨損。在熔合點到達一定程度的情況下，運動副甚至?xí)l(fā)生卡滯或卡死的情況。

（4）切削磨損

一些元件運動副間隙中混入硬度較大的固體顆粒，在液壓系統(tǒng)運轉(zhuǎn)過程中就會像刀子一樣對元件表面進行切割，從而使表面形成碎屑。相反，假如硬度較大的固體顆?；烊胼^硬的表面，那么材料表面反而磨損的更嚴重，形成劃痕。

（2）淤積

由于固體顆粒會隨油液流經(jīng)運動副，顆粒小于間隙的情況下顆粒容易進入間隙，并且由于油膜的吸附和阻滯作用，顆粒逐漸淤積，最終可能會導(dǎo)致隙縫被阻斷，造成淤積。淤積后顆粒與運動副之間的靜摩擦力大大增加，閥芯運動就會受阻。出現(xiàn)液壓系統(tǒng)工作不穩(wěn)定、空中搖擺、相應(yīng)瞬時變慢或停滯等情況。但是淤積現(xiàn)象造成的故障一般是暫時的，因為當(dāng)運動副工作起來后，原來的邊界層就會改變，導(dǎo)致淤積的顆粒被液流沖走，于是滑閥又能正常工作。這種突發(fā)性故障可以自動排除，只是淤積故障發(fā)生的頻率取決于油液中小顆粒的濃度。

（3）堵塞

堵塞的原因是顆粒將節(jié)流孔、阻尼孔等堵死，造成流量變小甚至斷流，具有很大的危害。

（4）卡滯

卡滯發(fā)生的原因是較大的顆粒進入運動副間隙，并附在間隙入口附近，導(dǎo)致上下間隙之間產(chǎn)生徑向不平衡力，把閥芯擠壓到顆粒濃度高的一側(cè)，導(dǎo)致液壓卡緊，閥芯卡滯和偏磨。除此之外，上述切削和黏著磨損也可能導(dǎo)致卡滯現(xiàn)象。

（5）加速油液變質(zhì)

由于大量顆粒的不規(guī)則運動，油液會反復(fù)被剪切，從而降低了油液的粘度和潤滑性，使油液更換周期加快。

1.2.2水

液壓系統(tǒng)中的水污染的來源主要是空氣和水循環(huán)冷卻的環(huán)境，而水污染的危害在于：

（1）引起腐蝕

由于水會與油液中的金屬硫化物、氯化物作用產(chǎn)生酸性介質(zhì)，因此會腐蝕元件。

（2）加速油液變質(zhì)

由于水與油液氧化和乳化，還會和添加劑反應(yīng)產(chǎn)生沉淀物和膠質(zhì)，降低了油膜潤滑性。另外還為微生物的繁殖提供了條件，加速的油液的氧化變質(zhì)。

（3）低溫結(jié)冰

游離水會在低溫的情況下結(jié)冰，這會導(dǎo)致小孔、間隙和油濾器堵塞。

1.2.3空氣

由于空氣很容易進入液壓系統(tǒng)，并且在液壓系統(tǒng)中有兩種存在形式，分別是溶解狀態(tài)和游離狀態(tài)。通常情況下，主要是游離狀態(tài)的空氣會對液壓系統(tǒng)產(chǎn)生危害，具體有：①會在液壓泵工作時產(chǎn)生氣阻，由于吸油腔是負壓區(qū)，所以處于游離狀態(tài)的空氣泡的體積會膨脹，處于溶解狀態(tài)的空氣也會析出，從而堵塞吸油腔，造成氣阻；②會降低液壓油液的剛性和體積彈性模量，影響系統(tǒng)響應(yīng)特性；③產(chǎn)生氣蝕，從而破壞元件材料表面，同時會產(chǎn)生系統(tǒng)振動和噪音。

2液壓系統(tǒng)的污染控制措施

2.1合理選用過濾器

選用過濾器精度過高會造成資源的浪費，相反過濾器精度過低，會造成液壓元件壽命縮短。因此一個好的液壓系統(tǒng)需要一個好的污染度控制系統(tǒng)。

（1）采用比實際過流量大的過濾器，使更多的污染顆粒被過濾掉。

（2）普通的液壓系統(tǒng)采用 20μm過濾精度即可， 而電液伺服系統(tǒng)， 一般采用更高精度的過濾器。

（3）采用高性能過濾器分級過濾。這樣可以定期更換，防止過濾器器堵塞或變形而失效 。

（4）注意正確的安裝位置。將過濾器安裝在吸油回路， 以便清除進入泵以前的污染物。

（5）對過濾器的清洗可通過在循環(huán)系統(tǒng)取油樣接口沖入適量的油液，將可見污染物從過濾器排污口放出。

（6）過濾器最好并聯(lián)使用，因為為并聯(lián)后降低了每個過濾器的流量，從而提高了系統(tǒng)的清潔度。

2.2液壓系統(tǒng)制造安裝污染控制

（1）電液伺服系統(tǒng)一般多采用不銹鋼無縫鋼管， 同時盡量避免螺紋連接。另外清除管道內(nèi)壁的污染物，可用硝酸與氫氟酸的混合酸洗。采用鋸割分段管道， 為防止砂輪粉末殘留在管道內(nèi)，不準(zhǔn)采用砂輪切割機。

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

2.3 強化液壓系統(tǒng)的維護與保養(yǎng)

（1） 離線、在線循環(huán)沖洗。離線循環(huán)沖洗時， 運行24～72小時， 油溫在50～60度， 沖洗壓力約為2MPa， 并用橡膠錘敲擊接頭、焊縫等部位。在線循環(huán)沖洗是當(dāng)系統(tǒng)的液壓油檢驗達一定標(biāo)準(zhǔn)后，接入電液伺服閥和其它液壓部件，進行在線循環(huán)沖洗。

（2）及時更換執(zhí)行元件的密封。定期更換活塞密封和軸端， 防止外部雜質(zhì)的侵入和內(nèi)外漏泄。

（3）防止油溫過高。因為液壓油液溫度過高， 會加速油液氧化變質(zhì)， 令金屬磨損， 使密封件老化， 造成液壓系統(tǒng)污染。

（4）加注新油液的污染控制。新油污染度遠不能滿足電液伺服系統(tǒng)要求的標(biāo)準(zhǔn)。因此采用精細過濾車三級過濾， 使新油的污染度完全標(biāo)準(zhǔn)， 從而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)定性。

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

3 結(jié)語

應(yīng)該系統(tǒng)的看待冶金機械液壓系統(tǒng)的污染和控制，抓緊各環(huán)節(jié)的監(jiān)測力度，嚴格控制污染物的產(chǎn)生，從而大大降低液壓系統(tǒng)的污染，提高液壓系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的可靠性和穩(wěn)定性，延長其使用壽命，增加其經(jīng)濟效益。

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