徐開斌

中天鋼鐵集團(tuán)有限公司， 江蘇常州 213011

0 引言

冶金機(jī)械液壓系統(tǒng)設(shè)備的運行周期長，工作環(huán)境復(fù)雜，因此其日常維護(hù)和保養(yǎng)工作任務(wù)艱巨、技術(shù)難度大。冶金機(jī)械系統(tǒng)一般都是在戶外進(jìn)行作業(yè)，所處的環(huán)境較差，且冶金機(jī)械常年處于高速運轉(zhuǎn)中，過高的負(fù)荷容易引起高溫、高壓。戶外作業(yè)也會導(dǎo)致冶金機(jī)械處于高粉塵污染的環(huán)境下。當(dāng)對冶金機(jī)械液壓系統(tǒng)進(jìn)行安裝、調(diào)試及運行、保養(yǎng)的時候，冶金機(jī)械液壓系統(tǒng)中的油液物質(zhì)很容易受到污染，進(jìn)而產(chǎn)生化學(xué)變化，引起質(zhì)變。這樣，在之后的使用中，機(jī)械液壓系統(tǒng)會出現(xiàn)很多故障。

圖1影響元件壽命和可靠性的因素

實踐證明，對于精度較高的冶金機(jī)械液壓系統(tǒng)，究其產(chǎn)生故障的原因，由于液壓油的污染而導(dǎo)致的占到75%～80%。液壓油液污染對液壓系統(tǒng)造成的危害難以想象。液壓系統(tǒng)污染物的產(chǎn)生主要存在于制造和安裝過程。在該過程中，產(chǎn)生的污染物主要包括隱藏在液壓系統(tǒng)內(nèi)部的一些污染物和液壓系統(tǒng)在工作過程中產(chǎn)生的污染物。其中，隱藏在液壓系統(tǒng)內(nèi)部的污染物主要包括切屑、氧化皮、焊渣、銹渣以及纖維等殘留物，對系統(tǒng)危害很大。因此，在對污染物進(jìn)行控制的時候，對污染物的檢測和控制要貫穿到全過程中。在實際的生產(chǎn)過程中，對冶金機(jī)械設(shè)備及其液壓系統(tǒng)的維護(hù)，都停留在重使用輕保養(yǎng)的層面上。冶金機(jī)械液壓系統(tǒng)具有功率大，體積小，操作方便等特點，因而在生產(chǎn)中被廣泛使用。但是，面對液壓系統(tǒng)污染嚴(yán)重等問題，如何更好地對液壓系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)與保養(yǎng)，減少液壓設(shè)備故障的發(fā)生頻率，延長設(shè)備的使用壽命，是當(dāng)前各冶金生產(chǎn)企業(yè)普遍面前的一個難題。本文就冶金液壓系統(tǒng)產(chǎn)生污染的原因以及如何有效地對污染進(jìn)行控制作一些探討。

1 冶金機(jī)械液壓污染的產(chǎn)生原因及危害

1.1 液壓污染的主要類別及其危害

在冶金機(jī)械的液壓系統(tǒng)中，液壓油不僅是傳遞能量的主要工作介質(zhì)，同時也承擔(dān)著潤滑、密封以及防銹等功能。冶金機(jī)械液壓系統(tǒng)的污染主要指液壓油中摻雜了各種雜質(zhì)，這些雜質(zhì)包括固體顆粒、變質(zhì)的水以及微生物等。具體來說，包括以下3個方面：

1）從外界進(jìn)入的污染物

對于冶金機(jī)械來說，在其液壓系統(tǒng)的使用過程中，比如說在活塞的往復(fù)運動、向系統(tǒng)注入油液等過程中，常會有很多粉塵顆粒進(jìn)入機(jī)械液壓油中。另外，系統(tǒng)還會因為密封圈的密封不嚴(yán)導(dǎo)致水進(jìn)入油液中。最后，在系統(tǒng)的日常維護(hù)和保養(yǎng)中，也會由于機(jī)械操作人員的疏忽等原因，將密封件以及閥體等帶進(jìn)去的棉紗等一系列的污染物掉進(jìn)油液系統(tǒng)中。這也是導(dǎo)致污染的一個重要原因。

2）系統(tǒng)自身制造過程中遺留的污染物

冶金機(jī)械液壓系統(tǒng)的生產(chǎn)過程也是一個復(fù)雜的過程，要經(jīng)歷生產(chǎn)、組裝、運輸、倉儲以及銷售等階段。在這些階段中，系統(tǒng)本身就會產(chǎn)生一些污染物。這些污染物包括毛刺、碎屑子、沙粒、廢料、銹片、噴漆、膠狀物、棉布紗料布以及沖洗液體等等。對于冶金機(jī)械而言，

由于其某個零部件的不潔凈，將會導(dǎo)致整個液壓系統(tǒng)的污染，從而導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)故障，影響運行效率。

3）系統(tǒng)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染物

冶金機(jī)械液壓系統(tǒng)作為冶金機(jī)械的重要組成部分，其工作環(huán)境復(fù)雜。在當(dāng)今社會，很多冶金機(jī)械都是在戶外進(jìn)行作業(yè)，他們長期處于高溫、高壓的環(huán)境，又會受到重核載的作用。在這種情況下，機(jī)械中的液壓油溫度就會變高，從而產(chǎn)生化學(xué)質(zhì)變，化學(xué)質(zhì)變會導(dǎo)致金屬表面產(chǎn)生腐蝕，出現(xiàn)金屬顆粒、銹滓，潤滑不良等現(xiàn)象，也會產(chǎn)生部分剩料、磨料等物質(zhì)。另外，高溫、高壓的工作環(huán)境以及重載的工作條件會導(dǎo)致液壓油把金屬表面的顆粒剝落，使金屬出現(xiàn)凹凸不平，從而導(dǎo)致被密封的元件加快了老化的速度，被腐蝕，造成顆粒污染等。

1.2 液壓污染的主要危害

液壓油污染會對機(jī)械系統(tǒng)造成很大的危害，主要包括以下幾個方面：

1.2.1固體顆粒的危害

固體顆粒污染物的組成主要包括金屬性顆粒、纖維、沙礫、橡膠顆粒、以及積碳等。它們大多數(shù)是金屬和硅、鋁等氧化物，硬度通常較高，莫氏硬度約在4～7之間。其中，二氧化硅和三氧化鋁的硬度可以達(dá)到莫氏硬度7～9，對液壓系統(tǒng)以及元件的危害比較大。

表1液壓油液污染種類一覽表

在上表所列這些污染物當(dāng)中，固體性顆粒的分布最廣泛、危害也最大，它是導(dǎo)致液壓系統(tǒng)故障、降低系統(tǒng)可靠性并減少使用壽命的一個最主要的原因。所以，我們認(rèn)為，液壓系統(tǒng)污染控制的重點應(yīng)該放在減少固體性顆粒上。

1）固體狀顆粒各種形式的磨損

（1）切削磨損

進(jìn)入元件內(nèi)的一些比較堅硬的固體顆粒鑲嵌到較軟的表面時，就會像車刀似的把元件表面的一些材料切割下來，然后形成碎屑。在這種磨損方式中，比較軟的表面很容易有顆粒進(jìn)入，就會導(dǎo)致較硬的那一面磨損嚴(yán)重，切削表面會有顯著的劃痕。

（2）疲勞磨損

當(dāng)固體狀顆粒到達(dá)運動副間隙，在碾壓運動和滾動的作用下在元件表面生成應(yīng)力，進(jìn)而裂紋，然后被油壓沖擊后不斷擴(kuò)展，形成了空洞，導(dǎo)致機(jī)械表面材料脫落。

（3）粘著磨損

固體狀顆粒和元件表面的擠壓作用會產(chǎn)生些許的塑性變形，形成了凹凸不平的坑，使?jié)櫥湍ぴ獾狡茐模M(jìn)而導(dǎo)致金屬表面直接進(jìn)行接觸，它們接觸的地方在高速、重荷載的作用之下會產(chǎn)生高溫導(dǎo)致金屬粘在一起。運動副之間的相對運動也會發(fā)生剪切，導(dǎo)致金屬表層脫落形成磨粒，使磨損加劇。

2）淤積

固體狀顆粒隨著油液流向運動副，在此附加作用之下，如果顆粒的粒度小于配合間隙，就會比較容易進(jìn)入間隙內(nèi)。當(dāng)淤積量增加時，小顆粒會阻斷縫隙的流動，進(jìn)而造成淤積現(xiàn)象。顆粒淤積會導(dǎo)致機(jī)械容易導(dǎo)致飄擺、油壓不夠穩(wěn)定、壓力上下跳動、響應(yīng)頓時停頓或者停止等現(xiàn)象。一般而言淤積現(xiàn)象通常是暫時的，如果一旦工作起來，原來已有的邊界層就會被破壞，這樣就會使得淤積著的顆粒就會被液流很快的帶走，這樣一來滑閥就能夠再次正常工作起來。因此，系統(tǒng)突然發(fā)生的一些故障就會自動消除的。油液中的小顆粒的濃度也就越來越高，從而使淤積這種現(xiàn)象不容易發(fā)生。

3）卡滯

卡滯主要指的是比較大的顆粒到了運動副的間隙并且附在間隙的入口附近，從而導(dǎo)致上下間隙之間發(fā)生徑向不穩(wěn)定的力，進(jìn)而使得閥芯壓向著濃度比較高的顆粒的一邊，由此就會導(dǎo)致液壓卡緊的現(xiàn)象。然而在高壓的系統(tǒng)中，當(dāng)出現(xiàn)液壓卡緊的時候，那么閥芯上面受到的不均衡的力以及液壓卡緊力都會很大，這樣就會就會使得閥芯卡滯以及偏磨。

1.2.2水的危害

我們知道，在冶金機(jī)械液壓系統(tǒng)中，油液中的水主要是來自于空氣。實踐證明，系統(tǒng)中水引起的污染的危害主要包括:

1）引起腐蝕

油液中含有部分金屬硫化物以及氯化物等，當(dāng)它們遇到水時，會發(fā)生作用，產(chǎn)生酸性介質(zhì)，使元件表面被腐蝕。

2）引起變質(zhì)

油液遇到水會發(fā)生氧化和乳化，添加劑也會和油液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成沉淀物等膠質(zhì)，不僅會破壞油膜強(qiáng)度，還使?jié)櫥阅芙档汀Ｍ瑫r，它也為微生物的生長與繁衍創(chuàng)造合適的條件，引起油液變質(zhì)。

3）低溫結(jié)冰

系統(tǒng)中游離的水在低溫狀態(tài)下容易結(jié)冰，將小孔等間隙、油濾器等元件堵塞。

1.2.3空氣的危害

空氣常常比水更加容易進(jìn)入到液壓系統(tǒng)中，它在液壓系統(tǒng)主要有兩種存在方式：溶解狀態(tài)、游離狀態(tài)。溶解狀態(tài)下的空氣常常不會影響到系統(tǒng)的工，產(chǎn)生危害的主要是游離狀態(tài)的空氣。危害主要包括：會產(chǎn)生氣蝕；會會降低系統(tǒng)液壓油液的體積彈性模量以及剛性；會產(chǎn)生氣阻等。

2 液壓系統(tǒng)油液及機(jī)械污染的控制策略

對于冶金液壓系統(tǒng)，其工作的可靠性及使用壽命在很大程度上取決于液壓系統(tǒng)受污染的程度及類別。很多研究者對它們之間的關(guān)系都做了研究，這里就不再一一贅述。當(dāng)總結(jié)起來，要想提高冶金液壓系統(tǒng)的可靠性及使用壽命，最主要的就是要降低系統(tǒng)的污染程度，下面就如何降低系統(tǒng)的污染展開討論。

液壓系統(tǒng)的污染包括內(nèi)外兩種因素。其中，內(nèi)因指的是系統(tǒng)使用過程中的一些正常損耗，它只能通過改進(jìn)技術(shù)來進(jìn)行降低，但時不可能完全被消除。

2.1 設(shè)計時要選用適宜的過濾器

在機(jī)械的設(shè)計階段，要綜合考慮機(jī)械的工作環(huán)境，選用合適的過濾器。這對于系統(tǒng)今后的運行有著重要的意義，是一項重要的污染減小措施。如果所選用的過濾器它的精度太高了，會造成浪費；但是過低了又會減少器件的使用壽命。要想液壓系統(tǒng)的性能好、工作效率高、穩(wěn)定性好并切實靠性，就必須要為它設(shè)計一個良好的控制污染度的系統(tǒng)。

1）對于一般的冶金機(jī)械液壓系統(tǒng)，在設(shè)計的時候，它的過濾器的過濾精度為20lm。對電液伺服系統(tǒng)，過濾器采用的是101m；

2）對于液壓系統(tǒng)所采用的過濾器，其精度要比實際流經(jīng)系統(tǒng)的流量大些。如果所選用的過濾器的流量小于它的額定，那么過濾器所承受的壓力差就會變小，進(jìn)入系統(tǒng)的很多污染顆粒就能夠被過濾掉，液壓油的清潔程度也就會提高；

3）將液壓系統(tǒng)并聯(lián)使用效果更好。將液壓系統(tǒng)并聯(lián)后，經(jīng)過每一個過濾器的液體流量就會變小，這樣，液壓系統(tǒng)的清潔程度就會得到提高；

4）對于液壓系統(tǒng)，要選用性能較高的過濾器，在過濾的時候，可以實行分級過濾。與此同時，為了防止過濾器被堵塞而變形，還需要對它們進(jìn)行定期更換；

5）選好過濾器后，還要按照要求，在機(jī)械上正確安裝過濾器。一般情況下，都會把過濾器安裝在吸油回路上。因為這樣可以更好地清除即將進(jìn)入但尚未進(jìn)入到泵中的污染物。如果液壓系統(tǒng)的精度要求較高，還可以通過在吸油回路裝一個粗濾器并且在機(jī)械液壓管路上面設(shè)置一個精濾器來實現(xiàn)。

2.2 液壓系統(tǒng)制造和安裝階段的污染控制

1）在現(xiàn)代液壓系統(tǒng)中，絕大多數(shù)的電液伺服采用的材料是不銹鋼質(zhì)的無縫式鋼管，它有一個特點，就是鋼管之間不能夠用螺紋來連接。鋼管和彎頭等要放在硝酸和氫氟酸的混合液中清洗，目的是除去管道內(nèi)壁上的贓物。

表2管道酸洗鈍化配方

管道用鋸割而不用砂輪切割，目的是減少砂輪粉末的產(chǎn)生。焊接的時候，在不銹鋼管端處打好坡口，去掉毛刺并處理干凈。在焊接的時候，最好使用氬弧旱接，減少熔渣；

2）將液壓油管拆除的時候，要保持接頭的開口朝上。同時還必須用堵頭將接頭開口堵住，目的是為了防止液壓系統(tǒng)中的油液流失，同時也可以有效地也減少污染物的侵入及危害。

2.3 加強(qiáng)對液壓系統(tǒng)使用的護(hù)理與保養(yǎng)

1）對新油液的污染加以控制。對新油的檢測表明，一般的污染度都會在NAS10級以下，而電液伺服系統(tǒng)的要求是必須達(dá)到NAS6級以上。因此，在加注油液之前，要用精細(xì)的過濾車對燃油進(jìn)行三層過濾，使新油的污染程度能夠達(dá)到電液伺服閥NAS6級的標(biāo)準(zhǔn)。這可以大大降低電液伺服閥更換和清洗的頻率，使設(shè)備穩(wěn)定運行；

2）在對系統(tǒng)進(jìn)行清洗的時候，采用離線循環(huán)沖洗的方式。將循環(huán)沖洗離線的時候，要斷開電液伺服閥等部件，直接連通軟管和硬管。打開泵，將新油進(jìn)行過濾。大概運行24h～72h后，將液壓油的溫度控制在50℃～60℃左右，將壓力控制在2MPa左右。與此同時，可以采用橡膠錘等工具，通過敲打接頭和焊接縫隙等部位來清除污染物；

3）將油溫在適宜的一個溫度。如果液壓系統(tǒng)油液的溫度過高時話，油液會發(fā)生氧化變質(zhì)，且速度很快，這樣就會導(dǎo)致金屬的磨損加劇，同時會使密封件發(fā)生物理變化，產(chǎn)生老化和變形，引起泄漏和污染。一般情況下，工作油的溫度應(yīng)該保持在55℃以下。

3 結(jié)論

冶金機(jī)械液壓系統(tǒng)的污染與控制過程復(fù)雜，任務(wù)龐大，技術(shù)難度大。為了使冶金機(jī)械液壓系統(tǒng)正常運行，提高設(shè)備運行的可靠性，減少系統(tǒng)故障。對于系統(tǒng)的設(shè)計和安裝要做到合理，要加大對各個環(huán)節(jié)的檢測力度，減少污染物，提高系統(tǒng)的使用壽命，降低設(shè)備的維護(hù)成本，進(jìn)而提高效益。

[1]張志彬.冶金機(jī)械企業(yè)設(shè)備維修管理[J].安徽冶金科技職業(yè)學(xué)院學(xué)報，2006.

[2]李公法.冶金機(jī)械的綠色設(shè)計與制造[J].機(jī)械設(shè)計與制造，2004.

[3]孫波.淺析冶金機(jī)械的綠色技術(shù)及其應(yīng)用[J].科技傳播，2011.

[4]杜成.淺談冶金機(jī)械及自動化[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2011.

[5]邵一晨.冶金機(jī)械設(shè)備液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)的熱因素故障探討[J].上海寶鋼工業(yè)檢測中心，2006.