浅述冶金机械的液压系统污染及控制措施

瞿小平

【摘要】冶金机械液压系统的污染与控制是一个系统工程，应当从设计、制造、装配、使用、维修保养等各个环节加大检测力度，严格控制污染物的产生，就能大大降低液压系统的污染，提高液压系统的可靠性与稳定性，保证冶金机械的正常运转，提高使用寿命和经济效益。本文介绍了冶金机械的液压系统污染，提出了冶金机械液压系统污染的控制措施。

【关键词】冶金机械液压系统污染控制措施

中图分类号：F407.4 文献标识码：A 文章编号：

冶金机械液压系统的污染与控制是一个系统工程。冶金机械液压系统工作环境一般都是处在高温、高压、高速、高负荷、高粉尘、高湿度变化等条件下，在安装、调试、使用、维修及保养过程中，液压系统中的油液容易受到污染和产生化学质变，使液压系统产生多种故障。

一、冶金机械的液压系统污染

1、污染的主要原因

在液压系统中，液压油是主要的传递能量的工作介质，同时还具备润滑、密封和防锈等功能。液压系统的污染也主要是指液压油中混杂了各类固体颗粒、水、质变化学成分、微生物等。其主要原因来自于以下三个方面：

（1）外界污染物的侵入

整个液压系统在使用过程中，外界的粉尘颗粒会随着往复伸缩的活塞杆、注入系统的油液或油箱的通气孔等进入液压油中，或者因某些密封圈密封不严导致水等物质进入油液中。此外，在日常的维护和保养中，由于操作人员的疏忽，会将拆装密封件、阀体等带入的棉纱、橡胶等污染物掉入油液系统中，这也是引起污染的一个原因所在。

（2）系统制造污染物

液压系统及其元件在制造、装配、存储、运输过程中,系统本身就存在的原始污染物, 如毛刺、切屑、飞边、沙粒、磨料、焊渣、锈片、油漆、密封胶、纤维、冲洗液等。冶金机械当中对于单个零、部件组成的液压系统, 则是由于零部件不洁而带入的污染物。

（3）系统生成污染物

冶金机械液压系统大部分都是在高温、高压、重载的条件工作, 致使液压油液高温下产生化学质变, 腐蚀金属表面, 产生金属颗粒、锈滓,润滑不良, 产生部分磨料。而高压、重载使得液压油剥落金属表面颗粒, 加速密封元件的老化, 产生金属和非金属颗粒污染。

2、危害的主要表现

通过以上分析，对液压系统污染的原因有了初步的了解。这些污染在实际生产过程中会对液压系统产生非常大的危害，直接影响到液压系统的正常运转，严重时甚至造成设备的损坏。其危害主要表现在以下几个方面：

（1）固体颗粒

固体颗粒通常为金属和硅、铝等氧化物，硬度较高，一般二氧化硅和三氧化二铝的莫氏硬度可达7-9，对系统和元件的危害较大。据了解，液压油液污染当中, 金属颗粒约占75%, 尘埃占15%, 其他杂质占10%。在各种污染物中,固体颗粒分布最广、危害最大, 是引发系统故障、降低可靠性和降低元器件使用寿命的最主要原因。因此, 污染控制的重点就是减少固体颗粒。固体颗粒污染物造成磨料磨损、淤积、堵塞、卡滞和加速油液变质等。

其中，磨料磨损是冶金机械运转中的一个严重问题, 是液压和润滑系统元件失效的主要原因；颗粒淤积是导致液压系统工作不稳定的主要因素，油液中小颗粒浓度越高, 淤积现象就越容易发生；堵塞主要是指固体颗粒将节流孔、阻尼孔、喷嘴、过滤器等堵死, 造成流量减小甚至断流, 危害很大。卡滞主要是指较大的颗粒进入运动副间隙并附在间隙入口附近, 造成上下间隙产生径向不平衡力, 把阀芯压向颗粒浓度高的一边, 产生液压卡紧现象。

（2）水和空气

液压系统油液中的水主要来自潮湿的空气和水循环冷却的工作环境。水污染的主要危害包括引起腐蚀、加速油液变质和低温结冰等三个方面。

在液压系统中，空气的存在形式有两种：溶解状态和游离状态。处于溶解状态的空气通常不会影响系统工作。空气对液压系统的危害主要来自于游离状态的空气，产生的主要危害包括：①产生气蚀，破坏元件材料表面，并引起系统振动和噪音；②降低液压油液的体积弹性模量和刚性, 使系统响应特性变差；③产生气阻。液压泵工作时, 吸油腔是低压区, 处于游离状态的小气泡体积会急剧膨胀, 处于溶解状态的空气也会析出来, 把吸油腔充满, 造成气阻。

二、冶金机械液压系统污染的控制措施

1、合理选用过滤器

在液压系统中合理选用过滤器是控制油液污染的主要措施, 过滤器精度过高, 则会造成不必要的浪费, 过滤器精度过低, 则使液压元件的使用寿命缩短。对于频率响应快、系统稳定性和可靠性好的液压系统, 需要有一个好的污染度控制系统。

( 1) 普通的液压系统通常采用20μm 过滤精度的过滤器即可, 对于电液伺服系统, 一般采用10μm 甚至更高精度的过滤器, 油液的污染度希望优于6 级。

( 2) 采用比实际过流量大的过滤器。过滤器流过比它额定值小的流量, 则过滤器较小的压力差能使更多的污染颗粒被过滤掉, 液压油的清洁度越高。

( 3) 过滤器并联比串联使用效果好。因为并联后流经每个过滤器的流量减少了很多, 从而提高了系统的清洁度。

( 4) 采用高性能过滤器分级过滤。如连轧机液压系统在泵的吸油口、压力控制油路、电液伺服阀的进口处和回油口、独立循环过虑回路均装有过滤精度为125μm、10μm、5μm、3μm 过滤器, 采取定期更换的措施, 防止过滤器堵塞或变形而失效。

( 5) 对过滤器的清洗可利用循环系统取油样接口冲入适量的油液, 将可见污染物从过滤器排污口放出。对于精密液压系统, 由于没有达到系统NAS1638- 4- 5 级清洁度要求的清洗剂, 冲洗过滤器可见污染物时可用达到NAS1638- 4- 5 级系统的油液。

( 6) 当过滤器选好后, 还应注意正确的安装位置。通常过滤器都安装在吸油回路, 以清除进入泵以前的污染物。对高精度要求的液压系统, 可在吸油回路安装一个粗滤器, 在液压管路上设置一个精滤器, 关键性元件还要在进油口前设置过滤器。

2、液压系统制造安装污染控制

( 1) 电液伺服系统一般多采用不锈钢无缝钢管, 管子之间的连接尽量避免螺纹连接, 不锈钢管及不锈钢弯头等附件要用硝酸与氢氟酸的混合酸洗, 以清除管道内壁的污染物。管道分段采用锯割, 不准采用砂轮切割机, 以防止砂轮粉末残留在管道内。焊接将不锈钢管端打好坡口, 锉去毛刺并吹干净, 并采用氩弧旱, 防止焊缝熔渣。

( 2) 液压油管拆装时, 应将管接头开口朝上, 用堵头堵住以防止液压油流失和污染物的侵入。

3、强化液压系统的维护与保养

( 1) 加注新油液的污染控制。经过对新油检测, 一般污染度都在NAS10 级以下, 远不能满足电液伺服系统要求的NAS6 级以上的标准。因此, 新油加注前, 采用精细过滤车三级过滤, 使新油的污染度完全符合电液伺服阀NAS6 级的标准, 从而大大降低了对电液伺服阀的更换、清洗频率, 提高了设备的稳定运行率。

( 2) 离线、在线循环冲洗。离线循环冲洗时, 断开电液伺服阀和其它液压部件, 将软管、硬管直接连通,开泵过滤新油并冲洗管路, 运行24-72h, 油温控制在50-60℃, 冲洗压力约为2MPa, 并用橡胶锤敲击接头、焊缝等部位, 将固体颗粒污染物清除。

在线循环冲洗是当系统的液压油检验达NAS1638-4- 5 级标准后, 方可接入电液伺服阀和其它液压部件,开启系统进行在线循环冲洗。

( 3) 防止油温过高。液压油液温度过高, 会加速油液氧化变质, 从而增加金属磨损, 并使密封件老化变形, 造成液压系统泄漏和污染。冷热轧机的工作油温应控制在55℃以下。

( 4) 及时更换执行元件的密封。定期更换轴端和活塞密封, 防止内外漏泄和外部杂质的侵入。

( 5) 定期清洗油箱, 清除积垢, 更换油滤器和空滤器, 防止外界颗粒污染物进入系统油箱和备用油箱。

总之，冶金机械液压系统工作环境一般都是处在高温、高压、高速、高负荷、高粉尘、高湿度变化等条件下，在安装、调试、使用、维修及保养过程中，液压系统中的油液容易受到污染和产生化学质变，使液压系统产生多种故障，必须对液压系统的污染实施全过程监测和控制，保证液压系统的工作可靠性和液压元件的使用寿命，保证冶金机械设备各项指标的正常运行。

参考文献：

[1] 何玉红.冶金机械液压油液固体颗粒污染的危害及控制措施[J]. 冶金信息导刊. 2008(01)

[2] 张志民,栗新.冶金机械的液压系统污染与控制[J]. 机电产品开发与创新. 2007(03)