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、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,而使液压系统产生多种故障。例如,冷、热连轧机液压APC、AWC、AGC、AJC等系统采用了电液伺服阀、高频响应比例控制阀、恒压变量柱塞泵等。由于电液伺服阀精度高,对油液污染敏感性强,极易产生故障。大量高精度的液压系统故障70% ～80%是由于液压油液的污染造成的,对整个系统危害极大。因此,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。

　　一、液压油液污染的主要原因及危害

　　(一)液压油液污染原因

　　液压系统中的污染物主要是指混杂在油液当中的各类固体颗粒、水、空气、质变化学成分、微生物等。主要原因有以下三个方面:

　　1.外界侵入污染物

　　液压系统和元件在使用过程中,外界的粉尘颗粒通过往复伸缩的活塞杆、注入系统的油液和流回油箱的回油、油箱的通气孔等进入油液中。此外,对液压系统进行维护时,拆装密封件、阀体等带入的棉纱、橡胶等污染物。如高炉的举升装置、送料系统等液压系统。

　　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。

　　(二)液压油液污染的危害

　　1.固体颗粒

　　固体颗粒污染物主要由金属颗粒、沙粒、橡胶颗粒、纤维和积碳等物质组成。这些颗粒大多是金属和硅、铝等氧化物,硬度一般较高,莫氏硬度在4～7之间,其中,二氧化硅和三氧化铝的硬度可达莫氏硬度在7～9,对系统和元件的危害较大。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。

　　(1) 固体颗粒的磨料磨损

　　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。颗粒污染引起的磨损主要有切削、疲劳、粘着和冲蚀形式。它们交互并存和作用,影响阀芯的正常工作。

　　切削磨损

　　进入元件运动副间隙的较硬固体颗粒嵌入材料较软的元件表面,在相对运动过程中象车刀一样将元件表面的部分材料切削下来,形成碎屑。这种磨损因较软的表面易嵌入颗粒,故较硬的表面反而磨损严重,切削表面有明显的划痕。

　　疲劳磨损

　　固体颗粒进入运动副间隙后,在碾压和滚动下使元件表面产生应力裂纹,在油压的作用下不断扩展,形成空洞,并使表面材料剥离。

　　粘着磨损

　　固体颗粒与元件表面挤压产生微小塑性变形,形成凸起和凹坑,破坏润滑油膜,使运动副金属表面直接接触,接触点在高速、重载作用下局部产生高温而使金属产生粘着。当运动副作相对运动时发生剪切,使金属表层剥落而形成磨粒,进一步加剧磨损。当熔合点过多时,运动副会发生卡滞甚至卡死的现象,导致突发性故障。

　　冲蚀磨损

　　固体颗粒随着高速液流,不断向暴露在流道中元件的棱边和表面喷射冲刷,可使被冲刷部位受到磨损,形成冲蚀磨损。

　　(2)淤积

　　固体颗粒随油液流经运动副时,在隙缝流动的附加作用下,粒度小于配合间隙的颗粒较易进入间隙内,在油膜的吸附和阻滞下淤积在间隙内,随着淤积量的增加,隙缝流动可能被大量小颗粒阻断,形成淤积现象。颗粒淤积造成运动副之间的静摩擦力大大增加,阀芯运动受阻,导致液压系统工作不稳定,出现空中飘摆、油压不稳、压力跳动、响应瞬时变慢或停滞等。淤积现象往往是暂时的,当运动副一旦工作起来后,原来形成的边界层就被破坏,淤积的颗粒很快就会被液流带走,滑阀又能正常工作。因此,突发性的工作不稳定故障也能自动消除。油液中小颗粒浓度越高,淤积现象就越容易发生。

　　(3)堵塞

　　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。

　　(4)卡滞

　　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。在高压系统当中,当发生液压卡紧时,阀芯受到的不平衡力和液压卡紧力都很大,造成阀芯卡滞和偏磨。此外,切削作用和粘着作用也都可引起卡滞。

　　(5)加速油液变质

　　大量颗粒的不规则运动,会对油液起反复剪切作用,降低油液粘度和润滑性,催化油液变质,加快更换周期。

　　2.水

　　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。水污染的主要危害在于:

　　(1)引起腐蚀

　　水与油液当中的金属硫化物、氯化物作用产生酸性介质,腐蚀元件表面。

　　(2)加速油液变质

　　水使油液氧化和乳化,还会与添加剂发生化学作用,产生沉淀物和胶质,破坏了油膜强度,降低了润滑性能。同时也为繁衍微生物创造了条件,加速油液氧化变质。

　　(3)低温结冰

　　游离水低温结冰会堵塞小孔、间隙、油滤器。

　　3.空气

　　空气比水更容易进入液压系统,它在液压系统有两种存在形式: 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,主要是游离态的空气产生危害。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、液压系统的污染控制

　　(一)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、独立循环过滤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。

　　(二)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,并采用氩弧焊,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。

　　(三)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24～72小时,油温控制在50～60度,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度以下。

　　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。

　　三、结论

　　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。更多冶金安全技术请点击