浅谈冶金系统液压油污染的危害及防治


 

【摘 要】液压系统的故障主要原因是液压系统的污染造成的，本文重点对液压油的污染原因及危害进行了分析，并提出具体的控制措施，以减少液压系统因液压油污染造成的故障。 

冶金企业液压系统工作环境一般都是处在高温、高压、高负荷、高粉尘等条件下，要求精度高，在使用、维护、保养过程中，液压系统中的油液容易受到污染和产生化学变质，而使液压系统产生多种故障。许多系统如连铸机液压振动采用电液伺服阀、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由于液压油液的污染造成的，从而对整个系统危害极大。因此，对液压系统的污染实施控制十分必要，以保证液压系统的工作可靠性和液压元件的使用寿命，保证机械设备的可靠运行。 
　　
1 液压油污染的主要原因及危害 
　　
1.1 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、杂质、水、空气、质变化学成分、微生物等。主要原因有以下三个方面： 
　　
1.1.1 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，对液压系统进行维修时，拆装密封件、阀体等带入的粉尘、杂物等污染物。 
　　
1.1.2 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、铁屑、飞边、沙粒、焊渣、磨料、冲洗液等。 
　　
1.1.3 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、高频率的条件下工作，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。 
　　
1.2 液压油污染引起的危害 
　　
1.2.1 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。液压油液污染当中，金属颗粒约占70%，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。 
　　
（1）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，在相对运动过程中像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。 
　　
（2）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。 
　　
（3）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。 
　　
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。 
　　
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。 
　　
1.2.2 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。 
　　
1.2.3 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。 
　　
2 液压系统污染的防制 
　　
2.1 使用在线过滤器 
　　
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。 
　　
2.2 液压系统制造安装污染控制 
　　
2.2.1 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，管道分段采用锯割，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 
　　
2.2.2 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 
　　
2.3 强化液压系统的维护与保养 
　　
2.3.1 加注新油液的污染控制 
　　
新油加注前，采用精细过滤车三级过滤，从而降低对电液伺服阀的更换、清洗频率，提高设备的稳定运行率。 
　　
2.3.2 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。 
　　
2.3.3 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，一般工作油温应控制在55度以下。 
　　
2.3.4 及时更换元件的密封 
　　
定期更换轴端和活塞密封，防止内外漏泄和杂质的侵入。 
　　
2.3.5 定期清洗油箱，清除积垢，更换油滤器和空滤器，防止外界颗粒进入系统油箱箱 
　　
3 结论 
　　
冶金系统液压油的污染与控制是一个系统工程，需从设计、安装、调试、使用、维护、保养、等各个环节进行检测，严格控制污染物的产生，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，保证设备的可靠运转，提高设备使用寿命和设备作业率。 

[责任编辑：王迎迎]

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