浅谈冶金机械液压系统的污染与控制

2017-07-10晋军

科学与财富 2017年20期

关键词：污染控制液压系统

晋军

（上海二十冶建设有限公司上海市 201999）

摘要：如何避免冶金机械液压油的污染，本文首先分析了液压系统污染产生的原因及其带来的危害，接着针对问题提出解决的具体措施，以期使液压系统能够维持正常运作。

关键词：冶金机械液压系统污染控制

0 引言

液压系统中的油液污染是冶金机械液压系统故障的一大主要原因。由于冶金机械运行在高温、高压、高湿、高粉尘、高速和高负荷的工作环境中，冶金机械设备在运作过程中很容易發生油液污染问题并且产生化学质变。比如在冷、热连轧机液压工作系统中所采用的电液伺服阀由于对油液污染很敏感，所以在油液污染后就极易发生故障，可以说大部分液压系统故障都是由液压油液污染引起的。所以我们必须严格监控液压系统的污染情况，这样可以保证液压系统的正常工作并且延长了其使用寿命。

1 液压油液污染的原因和危害

1.1液压油液污染的原因

液压系统的污染物主要是各类固体颗粒、水、空气、质变的化学成分、微生物等。具体原因主要有以下三个方面：

1.1.1外界污染物

由于外界粉尘颗粒可以在液压系统和元件的运作过程中侵入系统，造成污染问题。途径包括伸缩活动的活塞杆、流回油箱的回油和邮箱的通气孔、注入系统的油液。另外在系统维护时，随着密封件、阀体等的拆装，会有棉纱和橡胶等污染物进入。

1.1.2系统制造污染物

在液压系统和其元件的制造、装配、存储和运输过程中、污染物可能就已经侵入系统内部。这是由于冶金机械零件不干净造成的。

1.1.3系统生成污染物

原因主要有：冶金机械液压系统在工作过程中发生化学质变；由于锈滓、润滑不好等产生部分磨料；在高压下，由于重载会使金属表面颗粒剥落，加速密封元件的老化，造成金属和非金属颗粒污染。

1.2液压油液的危害

1.2.1固体颗粒

金属颗粒、沙粒、橡胶颗粒、纤维和积碳等固体颗粒会侵入液压系统造成污染，这些颗粒大多是金属和硅、铝等氧化物，它们共同的特点是硬度较高。固体颗粒污染物相对于其它污染物危害最大，分布最广，因此是造成系统故障，降低元件寿命的最大原因，因此应对固体颗粒污染引起重视。

（1）磨料磨损

液压和润滑系统发生故障的主要原因就是磨料磨损，主要形式有切削、疲劳、黏着和冲蚀，共同影响了阀芯的正常运作。

（1）疲劳磨损

由于固体颗粒会进入运动间隙，通过碾压和滚动的作用导致元件表面发生应力裂纹，并且不断在油压的作用下扩大，逐渐形成空洞，最终导致表面材料脱落。

（2）冲蚀磨损

由于固体颗粒会随着高速液流，会冲刷流道中的元件，最终使冲刷部位受到一定程度的损害，导致冲蚀磨损。

（3）黏着磨损

固体颗粒附着在元件表面并在表面挤压的作用下导致材料表面凹凸不平，从而使润滑油膜失效，最终运动副金属直接接触，在接触点由于高速和重载的原因会产生局部高温，加剧了磨损。在熔合点到达一定程度的情况下，运动副甚至会发生卡滞或卡死的情况。

（4）切削磨损

一些元件运动副间隙中混入硬度较大的固体颗粒，在液压系统运转过程中就会像刀子一样对元件表面进行切割，从而使表面形成碎屑。相反，假如硬度较大的固体颗粒混入较硬的表面，那么材料表面反而磨损的更严重，形成划痕。

（2）淤积

由于固体颗粒会随油液流经运动副，颗粒小于间隙的情况下颗粒容易进入间隙，并且由于油膜的吸附和阻滞作用，颗粒逐渐淤积，最终可能会导致隙缝被阻断，造成淤积。淤积后颗粒与运动副之间的静摩擦力大大增加，阀芯运动就会受阻。出现液压系统工作不稳定、空中摇摆、相应瞬时变慢或停滞等情况。但是淤积现象造成的故障一般是暂时的，因为当运动副工作起来后，原来的边界层就会改变，导致淤积的颗粒被液流冲走，于是滑阀又能正常工作。这种突发性故障可以自动排除，只是淤积故障发生的频率取决于油液中小颗粒的浓度。

（3）堵塞

堵塞的原因是颗粒将节流孔、阻尼孔等堵死，造成流量变小甚至断流，具有很大的危害。

（4）卡滞

卡滞发生的原因是较大的颗粒进入运动副间隙，并附在间隙入口附近，导致上下间隙之间产生径向不平衡力，把阀芯挤压到颗粒浓度高的一侧，导致液压卡紧，阀芯卡滞和偏磨。除此之外，上述切削和黏着磨损也可能导致卡滞现象。

（5）加速油液变质

由于大量颗粒的不规则运动，油液会反复被剪切，从而降低了油液的粘度和润滑性，使油液更换周期加快。

1.2.2水

液压系统中的水污染的来源主要是空气和水循环冷却的环境，而水污染的危害在于：

（1）引起腐蚀

由于水会与油液中的金属硫化物、氯化物作用产生酸性介质，因此会腐蚀元件。

（2）加速油液变质

由于水与油液氧化和乳化，还会和添加剂反应产生沉淀物和胶质，降低了油膜润滑性。另外还为微生物的繁殖提供了条件，加速的油液的氧化变质。

（3）低温结冰

游离水会在低温的情况下结冰，这会导致小孔、间隙和油滤器堵塞。

1.2.3空气

由于空气很容易进入液压系统，并且在液压系统中有两种存在形式，分别是溶解状态和游离状态。通常情况下，主要是游离状态的空气会对液压系统产生危害，具体有：①会在液压泵工作时产生气阻，由于吸油腔是负压区，所以处于游离状态的空气泡的体积会膨胀，处于溶解状态的空气也会析出，从而堵塞吸油腔，造成气阻；②会降低液压油液的刚性和体积弹性模量，影响系统响应特性；③产生气蚀，从而破坏元件材料表面，同时会产生系统振动和噪音。

2液压系统的污染控制措施

2.1合理选用过滤器

选用过滤器精度过高会造成资源的浪费，相反过滤器精度过低，会造成液压元件寿命缩短。因此一个好的液压系统需要一个好的污染度控制系统。

（1）采用比实际过流量大的过滤器，使更多的污染颗粒被过滤掉。

（2）普通的液压系统采用 20μm过滤精度即可，而电液伺服系统，一般采用更高精度的过滤器。

（3）采用高性能过滤器分级过滤。这样可以定期更换，防止过滤器器堵塞或变形而失效。

（4）注意正确的安装位置。将过滤器安装在吸油回路，以便清除进入泵以前的污染物。

（5）对过滤器的清洗可通过在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。

（6）过滤器最好并联使用，因为为并联后降低了每个过滤器的流量，从而提高了系统的清洁度。

2.2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，同时尽量避免螺纹连接。另外清除管道内壁的污染物，可用硝酸与氢氟酸的混合酸洗。采用锯割分段管道，为防止砂轮粉末残留在管道内，不准采用砂轮切割机。

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