分析冶金机械液压污染的原因分析和控制研究

化光林

摘要：在冶金生产中，机械设备的重要性不言而喻，一旦机械设备出现故障，轻则会影响正常生产，严重时可能会引起安全事故。在引发机械设备故障的诸多原因中，液压系统污染所占的比例较高。为此，必须认真分析造成液压系统污染的原因，并采取有效的措施对污染进行控制，借此来确保液压系统的稳定运行。基于此点，本文就冶金机械液压污染的原因分析和控制展开研究。

关键词：冶金；机械设备；液压系统；污染

污染问题是冶金液压传动系统普遍存在的问题，在液压系统内，各种污染颗粒在不断循环的状态下对各种液压元件造成破坏，致使元件性能指标下降，引发液压元件内部磨损等一系列问题，从而对液压传动系统的稳定运行构成极大威胁。通过调查数据显示，75%-80%的液压系统故障都是因工作介质污染所造成的。所以，必须认真研究冶金机械液压污染的原因，并采取有效控制措施确保系统的正常运行。近年来，我国虽然在机械液压污染控制方面取得了一定成效，但是却与发达国家的差距仍然较大，如外国要求液压传动系统的油液清洁度为NAS6-9，而我国的油液清洁度却只能到达NAS12-16。通过对液压系统污染进行有效控制，国外液压设备使用的油液平均污染度仅为以前的1/32，大幅度提升了液压系统工作的可靠性。为此，我国必须重视对冶金机械液压污染的控制，以改善我国液压系统工作介质污染严重的现状。

1．冶金机械设备液压系统的构成

目前，国内的冶金企业基本实现了机械化生产，机械设备成为冶金生产中不可或缺的重要组成部分之一。大部分冶金机械设备中，都有液压传动系统，该系统主要是由以下几个部分组成：

1.1控制元件

在液压系统当中，控制元件具体是指各种阀，如压力阀、流量阀等等，其最为主要的作用是按照实际运行需要对液动装置的速度进行无级调节，同时还负责调控系统中工作液体的压力、流量以及流向，以此来确保整个系统能够正常运转。

1.2执行元件

液压系统中的执行元件是整个系统的核心部分，具体包括液压油缸和液压马达，通过执行元件能够实现能量的转换，即液压能转换为机械动能。

1.3动力元件

液压系统中的动力元件为液压油泵，它是液压传动中的动力部分，其主要作用是将液体利用原动机的机械能转换为液压力能。

1.4辅助元件

冶金机械设备中的液压系统是一个较为复杂的系统，除了上述几种主要元件之外，还有一些辅助元件，如压力表、液压油过滤器、冷却装置、管路、球阀、油箱、蓄能装置等等。

1.5工作介质

液压系统中的工作介质主要是液压油，其通过液压油泵和液动机实现能量转换。

2．冶金机械设备液压污染的主要原因分析

在冶金机械液压系统中，夹杂在油液中的固体颗粒、水、空气以及其他质变的化学成分是造成系统污染的主要原因，具体表现为：

2.1 外界侵入污染物

在冶金机械液压系统运行过程中，空气中的颗粒和粉尘会通过活塞杆、回流油箱、注入系统的通气孔进入到油液中，对油液造成污染。同时，在保养和维修液压系统时，拆装密封件也会为外界污染物的侵入提供机会。

2.2 系统自带污染物

冶金機械液压系统需要经过制造、装配、存储等多道工序，因系统零部件上本身自带着飞边、毛刺等污染物，所以当冶金机械液压系统运行时，零部件上的污染物随之进入到内部油液中，对其造成污染。

2.3 系统生成的污染物

通常情况下，冶金机械液压系统的工作环境十分恶劣，尤其在高温、高压环境下运行不仅容易使油液改变化学性质，进而对金属表面产生腐蚀作用，而且还容易使液压油剥落金属表面的颗粒，加速机械设备老化。当冶金机械液压系统的温度过高时，液压油会被氧化生成有机酸，有机酸对金属元件会产生腐蚀作用，并生成不溶于油的胶状沉淀物，进一步增大液压油的粘度，造成液压油的性能下降。在冶金机械液压系统处于长时间运行的状况下，液压油老化变质越为严重，大量颗粒污染物会对零部件造成损坏，导致液压系统工作效率降低。特别当固体颗粒数量和大小超过液压系统的承受极限时，就会阻塞系统运行，引发设备故障。

2.4 液压油混入水分

当液压油混入水分后，可使液压油乳化为白浊状态。若液压油的抗乳化能力不足，水分与油无法分离，则会使液压油始终处于白浊状态。当这样的液压油进入冶金机械液压系统内部后，会对液压元件造成锈蚀，并且液压油自身的润滑性能也会随之降低，加剧零部件的磨损，从而降低液压系统的工作效率；液压油中的某些添加剂还会与水产生作用，生成胶质、沉淀等污染物，严重影响液压油的品质；液压油中的氯和硫与水产生作用后，会生成盐酸、硫酸，在加剧元件腐蚀的同时，还会加速液压油的变质，生成油泥；在氧化生成物与水污染物的共同作用下，可生成一种催化剂，加速液压元件的氧化速度，最终导致液压元件堵塞、卡死，造成液压系统配油管堵塞、滤油器堵塞、冷却器效率下降，甚至是动作失灵等设备故障；液压系统在低温环境下运行时，水遇低温会凝结成冰粒，所以极易堵塞元件的间隙，影响液压系统运行。

3．冶金机械设备液压污染的有效控制措施

3.1提高液压系统的污染耐受度

通常情况下，各种污染物对液压系统各个元件的危害主要表现为磨损及阻塞，解决这一问题最为有效的途径就是提高液压元件的污染耐受度。

3.1.1由液压系统的工作原理可知，系统中的各个元件之间都存在者相对运动的表面，如果污染物存在于两个相对运动元件的表面上，便会造成磨损，并且磨损程度还会随着两个表面间复杂与接触面积的增大而增大。鉴于此，可以通过减小相对运动元件之间的负载和接触面积能够起到减少磨损的作用。以滑阀为例，可通过减少阀体与阀芯之间的接触面积，借此来使阀芯处理压力平衡状态，这样即便在切向力增大的过程中，也不会对污染物过于敏感，有助于减轻磨损。

3.1.2在液压系统中流道内的死域以及元件中盲孔，都非常容易聚积颗粒污染物，同时孔径越小对污染物的敏感程度就越高，为了避免污染物阻塞的情况发生，应在不影响元件正常工作的情况下，适当扩大小孔的面积，并尽可能缩短小孔流道的长度。此外，还应当确保小孔进口位置处光滑，这样可以有效避免颗粒污染物聚积。

3.1.3合理提升液压油的抗磨性能也可以有效提高液压系统的污染耐受度，最为简单的方法是向液压油中加入抗磨添加剂。目前应用较多的抗磨添加剂主要由两大类，一类是二烃基，另一类是二连磷酸锌，这两类添加剂在于金属表面发生作用后，能生成一层非常光滑的覆盖层，它可以承受较大的负荷，从而避免金属与污染物颗粒之间的磨损。大量的试验结果表明，只要选择合适的抗磨添加剂，就能显著提升液压系统中各个元件的耐污染使用寿命。

3.2选用适宜的过滤装置

在冶金机械设备的液压系统中，过滤器是比较重要的辅助元件，它的主要作用是过滤系统中的污染物，也就是说，只要过滤器选择的合理，便可以对液压污染问题起到一定的控制作用。需要阐明的一点是，过滤器的精度并不是越高越好，虽然过滤精度高能够增强过滤效果，但对于一般的液压系统而言，太高的过滤精度并不适用，并且还会导致浪费，如果选用的过滤器精度偏低，则无法起到应有的过滤效果，有可能影响到各个元件的使用寿命。为此，应当结合机械设备液压系统的实际工况，选用最适宜的过滤装置，这样既能避免浪费，又能达到过滤污染物的目的。

3.2.1对于一般的液压系统，过滤器的过滤精度可控制在20 ，而电液伺服系统则需要采用过滤高一些的过滤器，如10 或更高的，油液的污染度应当优于6级。

3.2.2在具体选用过滤器时，可以考虑选择比实际过流量大一些的过滤器，这样能够将更多的污染物颗粒过滤掉，有助于进一步提高液压油的清洁度。

3.2.3经过大量的实践表明，采用并联的方式安装过滤器，要比串联的效果更佳，这是因为并联之后从过滤器中流过的液体量会所有减少，有利于系统整体清洁度的提升。

3.2.4可以采用性能相对较高的过滤器进行分级过滤，这样能够提高污染物的过滤效果，同时，应当定期对过滤器进行更换，借此来避免因过滤器堵塞引起过滤失效的情况发生。

3.2.5在对过滤器进行清洗的过程中，可以利用循环系统取油样的接口，由此注入适量的油液，这样能够使部分可见的污染物从过滤器的排污口处排出。此外，当选定好过滤器的型号之后，还要确保安装质量，一般可将过滤器安装在吸油回路上，这样能够有效清除进入泵之前的污染物，如果是精度要求相对较高的液压系统，则可安装多个过滤器，如在吸油回路上加装一个粗滤器，在液压管路上加装一个精滤器，并在关键性元件的进油口之前加装过滤器，由此形成多级过滤，这有助于提高过滤效果。

3.3控制外部污染物侵入液压系统的措施

在检修液压系统时，要及时清洗液压管路接头处的污垢，防止在拆卸或安装过程中使污染物进入系统内部。认真清洗、吹干拆卸下来的液压元件，并将其放置在干净地方；及时清除液压系统表面的尘土、油污，确保表面干净；将空气滤清器设置在油箱通气孔处，将防尘装置设置在活塞杆处，以防止外漏液压油流回油箱。

3.4 预防液压系统污染的措施

3.4.1 控制液压系统的安装质量

在安装完液压系统之后，应当按照标准、规范实施耐压试验和密封性试验，检测油液的清洁度，确保抽样检测结果达到表1中的要求。同时，还要对液压系统性能进行试验，对液压系统的安装质量进行检验。在安装液压系统时，控制好各个结合面的间隙。在制造液压系统时，要按照装配的公差下限进行装配，避免穴蚀对元件造成不利影响。

表1 固体颗粒污染等级代号

系统类型 固体颗粒污染等级代号

比例阀液压系统 --/17/14

伺服阀液压系统 --/16/13

低压液压系统 --/20/17

中压液压系统 --/19/16

高压液压系统 --/18/15

3.4.2 控制液壓系统内部污染源

在安装液压系统时，要根据相关规范要求进行循环冲洗，冲洗要选用质量合格的钝化液、酸洗液、中和液，并使用具备较大冲力的冲洗装置，确保将污染物冲洗掉；选择优质的液压元件和油液，并根据工作环境的不同选用相应的润滑油。在使用液压油时，要定期检验液压油酸值、粘度、水分等理化指标，以及液压油的清洁度，将其作为判断液压油是否需要更换的依据；为保持油液清洁，应当定期对过滤器进行清洗，对滤芯进行更换。同时，检查油液的颜色和品质，查看其是否出现白浊状态，若发现有白浊状态，要查找油液中水的来源，并及时更换这类液压油。

3.5积极采用主动维护策略

目前，国内大部分冶金企业对机械设备液压系统的维护采用都是被动维护模式，这种维护方式虽然也能对液压系统污染起到一定的控制作用，但是从整体情况看，效果并不理想。为此，冶金企业应当积极采用主动维护策略。所谓的主动维护就是基于状态检测的设备维护策略，其最为显著的特点是能够在液压系统开始出现磨损和性能下降之前，采取的维护活动。该策略主要是以对系统的检测为依据，并以确保液压系统的稳定、可靠运行为目标。在实施过程中，首先需要确定液压系统所要达到的目标清洁度，然后为实现这一目标选择合理的污染控制装置，或是对现有的装置进行改进和完善，最后对系统的油液污染程度进行监测和控制，当污染程度超出允许范围时，应采取相应的措施加以纠正，使其达到目标清洁度的要求。通过这种维护方法，不但能够显著提高冶金企业的经济效益，而且还能降低机械设备液压系统的故障率及元件损耗，维修与停机时间也都随之减少，有利于提高企业的生产能效。

4.结论

总而言之，冶金机械设备液压系统污染的控制是一项较为复杂且系统的工作，由于引起液压污染的原因较多，从而给污染控制增添了一定难度。这就要求冶金企业应当将此项工作予以足够的重视，并逐步加大相关投入，减轻污染对系统的影响，确保机械设备安全、稳定、可靠运行，这不但有助于延长机械设备的使用寿命，而且还能为企业带来巨大的经济效益。

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