冶金机械液压污染的原因与控制

1073 编辑：中冶有色技术网来源：徐开斌

2024-03-07 16:02:46

摘要液压系统污染会导致系统运行不稳定，实践证明，70%～80%的液压系统故障都是由液压系统污染造成的，它对整个系统会造成极大的危害。本文针对冶金机械液压污染，首先着重分析了液压机械在各个生产过程中产生污染的主要原因并分析了其危害。在此基础上，提出了控制冶金机械液压污染的具体控制措施，这对确保之后冶金机械液压系统的正常稳定运行具有重要的参考价值。

关键词冶金机械,液压污染,原因,控制

中图分类号TH13 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）79-0077-03

0 引言

冶金机械液压系统设备的运行周期长，工作环境复杂，因此其日常维护和保养工作任务艰巨、技术难度大。冶金机械系统一般都是在户外进行作业，所处的环境较差，且冶金机械常年处于高速运转中，过高的负荷容易引起高温、高压。户外作业也会导致冶金机械处于高粉尘污染的环境下。当对冶金机械液压系统进行安装、调试及运行、保养的时候，冶金机械液压系统中的油液物质很容易受到污染，进而产生化学变化，引起质变。这样，在之后的使用中，机械液压系统会出现很多故障。

实践证明，对于精度较高的冶金机械液压系统，究其产生故障的原因，由于液压油的污染而导致的占到75%～80%。液压油液污染对液压系统造成的危害难以想象。液压系统污染物的产生主要存在于制造和安装过程。在该过程中，产生的污染物主要包括隐藏在液压系统内部的一些污染物和液压系统在工作过程中产生的污染物。其中，隐藏在液压系统内部的污染物主要包括切屑、氧化皮、焊渣、锈渣以及纤维等残留物，对系统危害很大。因此，在对污染物进行控制的时候，对污染物的检测和控制要贯穿到全过程中。在实际的生产过程中，对冶金机械设备及其液压系统的维护，都停留在重使用轻保养的层面上。冶金机械液压系统具有功率大，体积小，操作方便等特点，因而在生产中被广泛使用。但是，面对液压系统污染严重等问题，如何更好地对液压系统进行维护与保养，减少液压设备故障的发生频率，延长设备的使用寿命，是当前各冶金生产企业普遍面前的一个难题。本文就冶金液压系统产生污染的原因以及如何有效地对污染进行控制作一些探讨。

1冶金机械液压污染的产生原因及危害

1.1液压污染的主要类别及其危害

在冶金机械的液压系统中，液压油不仅是传递能量的主要工作介质，同时也承担着润滑、密封以及防锈等功能。冶金机械液压系统的污染主要指液压油中掺杂了各种杂质，这些杂质包括固体颗粒、变质的水以及微生物等。具体来说，包括以下3个方面：

1）从外界进入的污染物

对于冶金机械来说，在其液压系统的使用过程中，比如说在活塞的往复运动、向系统注入油液等过程中，常会有很多粉尘颗粒进入机械液压油中。另外，系统还会因为密封圈的密封不严导致水进入油液中。最后，在系统的日常维护和保养中，也会由于机械操作人员的疏忽等原因，将密封件以及阀体等带进去的棉纱等一系列的污染物掉进油液系统中。这也是导致污染的一个重要原因。

2）系统自身制造过程中遗留的污染物

冶金机械液压系统的生产过程也是一个复杂的过程，要经历生产、组装、运输、仓储以及销售等阶段。在这些阶段中，系统本身就会产生一些污染物。这些污染物包括毛刺、碎屑子、沙粒、废料、锈片、喷漆、胶状物、棉布纱料布以及冲洗液体等等。对于冶金机械而言，

由于其某个零部件的不洁净，将会导致整个液压系统的污染，从而导致系统出现故障，影响运行效率。

3）系统生产过程中产生的污染物

冶金机械液压系统作为冶金机械的重要组成部分，其工作环境复杂。在当今社会，很多冶金机械都是在户外进行作业，他们长期处于高温、高压的环境，又会受到重核载的作用。在这种情况下，机械中的液压油温度就会变高，从而产生化学质变，化学质变会导致金属表面产生腐蚀，出现金属颗粒、锈滓，润滑不良等现象，也会产生部分剩料、磨料等物质。另外，高温、高压的工作环境以及重载的工作条件会导致液压油把金属表面的颗粒剥落，使金属出现凹凸不平，从而导致被密封的元件加快了老化的速度，被腐蚀，造成颗粒污染等。

1.2液压污染的主要危害

液压油污染会对机械系统造成很大的危害，主要包括以下几个方面：

1.2.1固体颗粒的危害

固体颗粒污染物的组成主要包括金属性颗粒、纤维、沙砾、橡胶颗粒、以及积碳等。它们大多数是金属和硅、铝等氧化物，硬度通常较高，莫氏硬度约在4～7之间。其中，二氧化硅和三氧化铝的硬度可以达到莫氏硬度7～9，对液压系统以及元件的危害比较大。

在上表所列这些污染物当中，固体性颗粒的分布最广泛、危害也最大，它是导致液压系统故障、降低系统可靠性并减少使用寿命的一个最主要的原因。所以，我们认为，液压系统污染控制的重点应该放在减少固体性颗粒上。

1）固体状颗粒各种形式的磨损

（1）切削磨损

进入元件内的一些比较坚硬的固体颗粒镶嵌到较软的表面时，就会像车刀似的把元件表面的一些材料切割下来，然后形成碎屑。在这种磨损方式中，比较软的表面很容易有颗粒进入，就会导致较硬的那一面磨损严重，切削表面会有显著的划痕。

（2）疲劳磨损

当固体状颗粒到达运动副间隙，在碾压运动和滚动的作用下在元件表面生成应力，进而裂纹，然后被油压冲击后不断扩展，形成了空洞，导致机械表面材料脱落。

（3）粘着磨损

固体状颗粒和元件表面的挤压作用会产生些许的塑性变形，形成了凹凸不平的坑，使润滑油膜遭到破坏，进而导致金属表面直接进行接触，它们接触的地方在高速、重荷载的作用之下会产生高温导致金属粘在一起。运动副之间的相对运动也会发生剪切，导致金属表层脱落形成磨粒，使磨损加剧。

2）淤积

固体状颗粒随着油液流向运动副，在此附加作用之下，如果颗粒的粒度小于配合间隙，就会比较容易进入间隙内。当淤积量增加时，小颗粒会阻断缝隙的流动，进而造成淤积现象。颗粒淤积会导致机械容易导致飘摆、油压不够稳定、压力上下跳动、响应顿时停顿或者停止等现象。一般而言淤积现象通常是暂时的，如果一旦工作起来，原来已有的边界层就会被破坏，这样就会使得淤积着的颗粒就会被液流很快的带走，这样一来滑阀就能够再次正常工作起来。因此，系统突然发生的一些故障就会自动消除的。油液中的小颗粒的浓度也就越来越高，从而使淤积这种现象不容易发生。

3）卡滞

卡滞主要指的是比较大的颗粒到了运动副的间隙并且附在间隙的入口附近，从而导致上下间隙之间发生径向不稳定的力，进而使得阀芯压向着浓度比较高的颗粒的一边，由此就会导致液压卡紧的现象。然而在高压的系统中，当出现液压卡紧的时候，那么阀芯上面受到的不均衡的力以及液压卡紧力都会很大，这样就会就会使得阀芯卡滞以及偏磨。

1.2.2水的危害

我们知道，在冶金机械液压系统中，油液中的水主要是来自于空气。实践证明，系统中水引起的污染的危害主要包括：

1）引起腐蚀

油液中含有部分金属硫化物以及氯化物等，当它们遇到水时，会发生作用，产生酸性介质，使元件表面被腐蚀。

2）引起变质

油液遇到水会发生氧化和乳化，添加剂也会和油液发生化学反应，生成沉淀物等胶质，不仅会破坏油膜强度，还使润滑性能降低。同时，它也为微生物的生长与繁衍创造合适的条件，引起油液变质。

3）低温结冰

系统中游离的水在低温状态下容易结冰，将小孔等间隙、油滤器等元件堵塞。

1.2.3空气的危害

空气常常比水更加容易进入到液压系统中，它在液压系统主要有两种存在方式：溶解状态、游离状态。溶解状态下的空气常常不会影响到系统的工，产生危害的主要是游离状态的空气。危害主要包括：会产生气蚀,会会降低系统液压油液的体积弹性模量以及刚性,会产生气阻等。

2液压系统油液及机械污染的控制策略

对于冶金液压系统，其工作的可靠性及使用寿命在很大程度上取决于液压系统受污染的程MNQLm4ivhHc6IFZGNFjys++qd4gzECiLNQZALNfDcE4=度及类别。很多研究者对它们之间的关系都做了研究，这里就不再一一赘述。当总结起来，要想提高冶金液压系统的可靠性及使用寿命，最主要的就是要降低系统的污染程度，下面就如何降低系统的污染展开讨论。

液压系统的污染包括内外两种因素。其中，内因指的是系统使用过程中的一些正常损耗，它只能通过改进技术来进行降低，但时不可能完全被消除。

2.1设计时要选用适宜的过滤器

在机械的设计阶段，要综合考虑机械的工作环境，选用合适的过滤器。这对于系统今后的运行有着重要的意义，是一项重要的污染减小措施。如果所选用的过滤器它的精度太高了，会造成浪费,但是过低了又会减少器件的使用寿命。要想液压系统的性能好、工作效率高、稳定性好并切实靠性，就必须要为它设计一个良好的控制污染度的系统。

1）对于一般的冶金机械液压系统，在设计的时候，它的过滤器的过滤精度为20lm。对电液伺服系统，过滤器采用的是101m,

2）对于液压系统所采用的过滤器，其精度要比实际流经系统的流量大些。如果所选用的过滤器的流量小于它的额定，那么过滤器所承受的压力差就会变小，进入系统的很多污染颗粒就能够被过滤掉，液压油的清洁程度也就会提高,

3）将液压系统并联使用效果更好。将液压系统并联后，经过每一个过滤器的液体流量就会变小，这样，液压系统的清洁程度就会得到提高,

4）对于液压系统，要选用性能较高的过滤器，在过滤的时候，可以实行分级过滤。与此同时，为了防止过滤器被堵塞而变形，还需要对它们进行定期更换,

5）选好过滤器后，还要按照要求，在机械上正确安装过滤器。一般情况下，都会把过滤器安装在吸油回路上。因为这样可以更好地清除即将进入但尚未进入到泵中的污染物。如果液压系统的精度要求较高，还可以通过在吸油回路装一个粗滤器并且在机械液压管路上面设置一个精滤器来实现。

2.2液压系统制造和安装阶段的污染控制

1）在现代液压系统中，绝大多数的电液伺服采用的材料是不锈钢质的无缝式钢管，它有一个特点，就是钢管之间不能够用螺纹来连接。钢管和弯头等要放在硝酸和氢氟酸的混合液中清洗，目的是除去管道内壁上的赃物。

管道用锯割而不用砂轮切割，目的是减少砂轮粉末的产生。焊接的时候，在不锈钢管端处打好坡口，去掉毛刺并处理干净。在焊接的时候，最好使用氩弧旱接，减少熔渣,

2）将液压油管拆除的时候，要保持接头的开口朝上。同时还必须用堵头将接头开口堵住，目的是为了防止液压系统中的油液流失，同时也可以有效地也减少污染物的侵入及危害。

2.3加强对液压系统使用的护理与保养

1）对新油液的污染加以控制。对新油的检测表明，一般的污染度都会在NAS10级以下，而电液伺服系统的要求是必须达到NAS6级以上。因此，在加注油液之前，要用精细的过滤车对燃油进行三层过滤，使新油的污染程度能够达到电液伺服阀NAS6级的标准。这可以大大降低电液伺服阀更换和清洗的频率，使设备稳定运行,

2）在对系统进行清洗的时候，采用离线循环冲洗的方式。将循环冲洗离线的时候，要断开电液伺服阀等部件，直接连通软管和硬管。打开泵，将新油进行过滤。大概运行24h～72h后，将液压油的温度控制在50℃～60℃左右，将压力控制在2MPa左右。与此同时，可以采用橡胶锤等工具，通过敲打接头和焊接缝隙等部位来清除污染物,

3）将油温在适宜的一个温度。如果液压系统油液的温度过高时话，油液会发生氧化变质，且速度很快，这样就会导致金属的磨损加剧，同时会使密封件发生物理变化，产生老化和变形，引起泄漏和污染。一般情况下，工作油的温度应该保持在55℃以下。

3结论

冶金机械液压系统的污染与控制过程复杂，任务庞大，技术难度大。为了使冶金机械液压系统正常运行，提高设备运行的可靠性，减少系统故障。对于系统的设计和安装要做到合理，要加大对各个环节的检测力度，减少污染物，提高系统的使用寿命，降低设备的维护成本，进而提高效益。

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