化光林

摘要：在冶金生產(chǎn)中，機械設(shè)備的重要性不言而喻，一旦機械設(shè)備出現(xiàn)故障，輕則會影響正常生產(chǎn)，嚴重時可能會引起安全事故。在引發(fā)機械設(shè)備故障的諸多原因中，液壓系統(tǒng)污染所占的比例較高。為此，必須認真分析造成液壓系統(tǒng)污染的原因，并采取有效的措施對污染進行控制，借此來確保液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。基于此點，本文就冶金機械液壓污染的原因分析和控制展開研究。

關(guān)鍵詞：冶金；機械設(shè)備；液壓系統(tǒng)；污染

污染問題是冶金液壓傳動系統(tǒng)普遍存在的問題，在液壓系統(tǒng)內(nèi)，各種污染顆粒在不斷循環(huán)的狀態(tài)下對各種液壓元件造成破壞，致使元件性能指標下降，引發(fā)液壓元件內(nèi)部磨損等一系列問題，從而對液壓傳動系統(tǒng)的穩(wěn)定運行構(gòu)成極大威脅。通過調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，75%-80%的液壓系統(tǒng)故障都是因工作介質(zhì)污染所造成的。所以，必須認真研究冶金機械液壓污染的原因，并采取有效控制措施確保系統(tǒng)的正常運行。近年來，我國雖然在機械液壓污染控制方面取得了一定成效，但是卻與發(fā)達國家的差距仍然較大，如外國要求液壓傳動系統(tǒng)的油液清潔度為NAS6-9，而我國的油液清潔度卻只能到達NAS12-16。通過對液壓系統(tǒng)污染進行有效控制，國外液壓設(shè)備使用的油液平均污染度僅為以前的1/32，大幅度提升了液壓系統(tǒng)工作的可靠性。為此，我國必須重視對冶金機械液壓污染的控制，以改善我國液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)污染嚴重的現(xiàn)狀。

1．冶金機械設(shè)備液壓系統(tǒng)的構(gòu)成

目前，國內(nèi)的冶金企業(yè)基本實現(xiàn)了機械化生產(chǎn)，機械設(shè)備成為冶金生產(chǎn)中不可或缺的重要組成部分之一。大部分冶金機械設(shè)備中，都有液壓傳動系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要是由以下幾個部分組成：

1.1控制元件

在液壓系統(tǒng)當中，控制元件具體是指各種閥，如壓力閥、流量閥等等，其最為主要的作用是按照實際運行需要對液動裝置的速度進行無級調(diào)節(jié)，同時還負責調(diào)控系統(tǒng)中工作液體的壓力、流量以及流向，以此來確保整個系統(tǒng)能夠正常運轉(zhuǎn)。

1.2執(zhí)行元件

液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件是整個系統(tǒng)的核心部分，具體包括液壓油缸和液壓馬達，通過執(zhí)行元件能夠?qū)崿F(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，即液壓能轉(zhuǎn)換為機械動能。

1.3動力元件

液壓系統(tǒng)中的動力元件為液壓油泵，它是液壓傳動中的動力部分，其主要作用是將液體利用原動機的機械能轉(zhuǎn)換為液壓力能。

1.4輔助元件

冶金機械設(shè)備中的液壓系統(tǒng)是一個較為復(fù)雜的系統(tǒng)，除了上述幾種主要元件之外，還有一些輔助元件，如壓力表、液壓油過濾器、冷卻裝置、管路、球閥、油箱、蓄能裝置等等。

1.5工作介質(zhì)

液壓系統(tǒng)中的工作介質(zhì)主要是液壓油，其通過液壓油泵和液動機實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。

2．冶金機械設(shè)備液壓污染的主要原因分析

在冶金機械液壓系統(tǒng)中，夾雜在油液中的固體顆粒、水、空氣以及其他質(zhì)變的化學成分是造成系統(tǒng)污染的主要原因，具體表現(xiàn)為：

2.1 外界侵入污染物

在冶金機械液壓系統(tǒng)運行過程中，空氣中的顆粒和粉塵會通過活塞桿、回流油箱、注入系統(tǒng)的通氣孔進入到油液中，對油液造成污染。同時，在保養(yǎng)和維修液壓系統(tǒng)時，拆裝密封件也會為外界污染物的侵入提供機會。

2.2 系統(tǒng)自帶污染物

冶金機械液壓系統(tǒng)需要經(jīng)過制造、裝配、存儲等多道工序，因系統(tǒng)零部件上本身自帶著飛邊、毛刺等污染物，所以當冶金機械液壓系統(tǒng)運行時，零部件上的污染物隨之進入到內(nèi)部油液中，對其造成污染。

2.3 系統(tǒng)生成的污染物

通常情況下，冶金機械液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境十分惡劣，尤其在高溫、高壓環(huán)境下運行不僅容易使油液改變化學性質(zhì)，進而對金屬表面產(chǎn)生腐蝕作用，而且還容易使液壓油剝落金屬表面的顆粒，加速機械設(shè)備老化。當冶金機械液壓系統(tǒng)的溫度過高時，液壓油會被氧化生成有機酸，有機酸對金屬元件會產(chǎn)生腐蝕作用，并生成不溶于油的膠狀沉淀物，進一步增大液壓油的粘度，造成液壓油的性能下降。在冶金機械液壓系統(tǒng)處于長時間運行的狀況下，液壓油老化變質(zhì)越為嚴重，大量顆粒污染物會對零部件造成損壞，導(dǎo)致液壓系統(tǒng)工作效率降低。特別當固體顆粒數(shù)量和大小超過液壓系統(tǒng)的承受極限時，就會阻塞系統(tǒng)運行，引發(fā)設(shè)備故障。

2.4 液壓油混入水分

當液壓油混入水分后，可使液壓油乳化為白濁狀態(tài)。若液壓油的抗乳化能力不足，水分與油無法分離，則會使液壓油始終處于白濁狀態(tài)。當這樣的液壓油進入冶金機械液壓系統(tǒng)內(nèi)部后，會對液壓元件造成銹蝕，并且液壓油自身的潤滑性能也會隨之降低，加劇零部件的磨損，從而降低液壓系統(tǒng)的工作效率；液壓油中的某些添加劑還會與水產(chǎn)生作用，生成膠質(zhì)、沉淀等污染物，嚴重影響液壓油的品質(zhì)；液壓油中的氯和硫與水產(chǎn)生作用后，會生成鹽酸、硫酸，在加劇元件腐蝕的同時，還會加速液壓油的變質(zhì)，生成油泥；在氧化生成物與水污染物的共同作用下，可生成一種催化劑，加速液壓元件的氧化速度，最終導(dǎo)致液壓元件堵塞、卡死，造成液壓系統(tǒng)配油管堵塞、濾油器堵塞、冷卻器效率下降，甚至是動作失靈等設(shè)備故障；液壓系統(tǒng)在低溫環(huán)境下運行時，水遇低溫會凝結(jié)成冰粒，所以極易堵塞元件的間隙，影響液壓系統(tǒng)運行。

3．冶金機械設(shè)備液壓污染的有效控制措施

3.1提高液壓系統(tǒng)的污染耐受度

通常情況下，各種污染物對液壓系統(tǒng)各個元件的危害主要表現(xiàn)為磨損及阻塞，解決這一問題最為有效的途徑就是提高液壓元件的污染耐受度。

3.1.1由液壓系統(tǒng)的工作原理可知，系統(tǒng)中的各個元件之間都存在者相對運動的表面，如果污染物存在于兩個相對運動元件的表面上，便會造成磨損，并且磨損程度還會隨著兩個表面間復(fù)雜與接觸面積的增大而增大。鑒于此，可以通過減小相對運動元件之間的負載和接觸面積能夠起到減少磨損的作用。以滑閥為例，可通過減少閥體與閥芯之間的接觸面積，借此來使閥芯處理壓力平衡狀態(tài)，這樣即便在切向力增大的過程中，也不會對污染物過于敏感，有助于減輕磨損。

3.1.2在液壓系統(tǒng)中流道內(nèi)的死域以及元件中盲孔，都非常容易聚積顆粒污染物，同時孔徑越小對污染物的敏感程度就越高，為了避免污染物阻塞的情況發(fā)生，應(yīng)在不影響元件正常工作的情況下，適當擴大小孔的面積，并盡可能縮短小孔流道的長度。此外，還應(yīng)當確保小孔進口位置處光滑，這樣可以有效避免顆粒污染物聚積。

3.1.3合理提升液壓油的抗磨性能也可以有效提高液壓系統(tǒng)的污染耐受度，最為簡單的方法是向液壓油中加入抗磨添加劑。目前應(yīng)用較多的抗磨添加劑主要由兩大類，一類是二烴基，另一類是二連磷酸鋅，這兩類添加劑在于金屬表面發(fā)生作用后，能生成一層非常光滑的覆蓋層，它可以承受較大的負荷，從而避免金屬與污染物顆粒之間的磨損。大量的試驗結(jié)果表明，只要選擇合適的抗磨添加劑，就能顯著提升液壓系統(tǒng)中各個元件的耐污染使用壽命。

3.2選用適宜的過濾裝置

在冶金機械設(shè)備的液壓系統(tǒng)中，過濾器是比較重要的輔助元件，它的主要作用是過濾系統(tǒng)中的污染物，也就是說，只要過濾器選擇的合理，便可以對液壓污染問題起到一定的控制作用。需要闡明的一點是，過濾器的精度并不是越高越好，雖然過濾精度高能夠增強過濾效果，但對于一般的液壓系統(tǒng)而言，太高的過濾精度并不適用，并且還會導(dǎo)致浪費，如果選用的過濾器精度偏低，則無法起到應(yīng)有的過濾效果，有可能影響到各個元件的使用壽命。為此，應(yīng)當結(jié)合機械設(shè)備液壓系統(tǒng)的實際工況，選用最適宜的過濾裝置，這樣既能避免浪費，又能達到過濾污染物的目的。

3.2.1對于一般的液壓系統(tǒng)，過濾器的過濾精度可控制在20 ，而電液伺服系統(tǒng)則需要采用過濾高一些的過濾器，如10 或更高的，油液的污染度應(yīng)當優(yōu)于6級。

3.2.2在具體選用過濾器時，可以考慮選擇比實際過流量大一些的過濾器，這樣能夠?qū)⒏嗟奈廴疚镱w粒過濾掉，有助于進一步提高液壓油的清潔度。

3.2.3經(jīng)過大量的實踐表明，采用并聯(lián)的方式安裝過濾器，要比串聯(lián)的效果更佳，這是因為并聯(lián)之后從過濾器中流過的液體量會所有減少，有利于系統(tǒng)整體清潔度的提升。

3.2.4可以采用性能相對較高的過濾器進行分級過濾，這樣能夠提高污染物的過濾效果，同時，應(yīng)當定期對過濾器進行更換，借此來避免因過濾器堵塞引起過濾失效的情況發(fā)生。

3.2.5在對過濾器進行清洗的過程中，可以利用循環(huán)系統(tǒng)取油樣的接口，由此注入適量的油液，這樣能夠使部分可見的污染物從過濾器的排污口處排出。此外，當選定好過濾器的型號之后，還要確保安裝質(zhì)量，一般可將過濾器安裝在吸油回路上，這樣能夠有效清除進入泵之前的污染物，如果是精度要求相對較高的液壓系統(tǒng)，則可安裝多個過濾器，如在吸油回路上加裝一個粗濾器，在液壓管路上加裝一個精濾器，并在關(guān)鍵性元件的進油口之前加裝過濾器，由此形成多級過濾，這有助于提高過濾效果。

3.3控制外部污染物侵入液壓系統(tǒng)的措施

在檢修液壓系統(tǒng)時，要及時清洗液壓管路接頭處的污垢，防止在拆卸或安裝過程中使污染物進入系統(tǒng)內(nèi)部。認真清洗、吹干拆卸下來的液壓元件，并將其放置在干凈地方；及時清除液壓系統(tǒng)表面的塵土、油污，確保表面干凈；將空氣濾清器設(shè)置在油箱通氣孔處，將防塵裝置設(shè)置在活塞桿處，以防止外漏液壓油流回油箱。

3.4 預(yù)防液壓系統(tǒng)污染的措施

3.4.1 控制液壓系統(tǒng)的安裝質(zhì)量

在安裝完液壓系統(tǒng)之后，應(yīng)當按照標準、規(guī)范實施耐壓試驗和密封性試驗，檢測油液的清潔度，確保抽樣檢測結(jié)果達到表1中的要求。同時，還要對液壓系統(tǒng)性能進行試驗，對液壓系統(tǒng)的安裝質(zhì)量進行檢驗。在安裝液壓系統(tǒng)時，控制好各個結(jié)合面的間隙。在制造液壓系統(tǒng)時，要按照裝配的公差下限進行裝配，避免穴蝕對元件造成不利影響。

表1 固體顆粒污染等級代號

系統(tǒng)類型 固體顆粒污染等級代號

比例閥液壓系統(tǒng) --/17/14

伺服閥液壓系統(tǒng) --/16/13

低壓液壓系統(tǒng) --/20/17

中壓液壓系統(tǒng) --/19/16

高壓液壓系統(tǒng) --/18/15

3.4.2 控制液壓系統(tǒng)內(nèi)部污染源

在安裝液壓系統(tǒng)時，要根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求進行循環(huán)沖洗，沖洗要選用質(zhì)量合格的鈍化液、酸洗液、中和液，并使用具備較大沖力的沖洗裝置，確保將污染物沖洗掉；選擇優(yōu)質(zhì)的液壓元件和油液，并根據(jù)工作環(huán)境的不同選用相應(yīng)的潤滑油。在使用液壓油時，要定期檢驗液壓油酸值、粘度、水分等理化指標，以及液壓油的清潔度，將其作為判斷液壓油是否需要更換的依據(jù)；為保持油液清潔，應(yīng)當定期對過濾器進行清洗，對濾芯進行更換。同時，檢查油液的顏色和品質(zhì)，查看其是否出現(xiàn)白濁狀態(tài)，若發(fā)現(xiàn)有白濁狀態(tài)，要查找油液中水的來源，并及時更換這類液壓油。

3.5積極采用主動維護策略

目前，國內(nèi)大部分冶金企業(yè)對機械設(shè)備液壓系統(tǒng)的維護采用都是被動維護模式，這種維護方式雖然也能對液壓系統(tǒng)污染起到一定的控制作用，但是從整體情況看，效果并不理想。為此，冶金企業(yè)應(yīng)當積極采用主動維護策略。所謂的主動維護就是基于狀態(tài)檢測的設(shè)備維護策略，其最為顯著的特點是能夠在液壓系統(tǒng)開始出現(xiàn)磨損和性能下降之前，采取的維護活動。該策略主要是以對系統(tǒng)的檢測為依據(jù)，并以確保液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運行為目標。在實施過程中，首先需要確定液壓系統(tǒng)所要達到的目標清潔度，然后為實現(xiàn)這一目標選擇合理的污染控制裝置，或是對現(xiàn)有的裝置進行改進和完善，最后對系統(tǒng)的油液污染程度進行監(jiān)測和控制，當污染程度超出允許范圍時，應(yīng)采取相應(yīng)的措施加以糾正，使其達到目標清潔度的要求。通過這種維護方法，不但能夠顯著提高冶金企業(yè)的經(jīng)濟效益，而且還能降低機械設(shè)備液壓系統(tǒng)的故障率及元件損耗，維修與停機時間也都隨之減少，有利于提高企業(yè)的生產(chǎn)能效。

4.結(jié)論

總而言之，冶金機械設(shè)備液壓系統(tǒng)污染的控制是一項較為復(fù)雜且系統(tǒng)的工作，由于引起液壓污染的原因較多，從而給污染控制增添了一定難度。這就要求冶金企業(yè)應(yīng)當將此項工作予以足夠的重視，并逐步加大相關(guān)投入，減輕污染對系統(tǒng)的影響，確保機械設(shè)備安全、穩(wěn)定、可靠運行，這不但有助于延長機械設(shè)備的使用壽命，而且還能為企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益。

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