矿山采掘设备液压系统油液污染的原因、危害及控、防治

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  [摘 要]液压油污染对液压设备液压系统危害巨大,本文分析了造成液压油污染的原因、危害及控防治措施,介绍了我公司使用的油液检测设备及其运用情况。
  [关键词]液压系统;污染;危害;防治措施;检测仪;滤油机;检测;再生;处理
  中图分类号:TD421.5 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)21-0002-02
  液压传动因其优点众多,被广泛运用于机械设备上,特别是工程机械设备上。矿山机械设备中如装载机、铲运机、地下运矿卡车、凿岩台车、钻机等主要采掘设备上均采用液压传动作为动力源,我们在使用中发现,这些设备日常故障中液压系统出现的故障约占57%,而在液压系统出现的故障中因油液的污染造成的故障占比又达80%左右,所以油液的污染问题应当引起足够的重视。
  1 液压系统
  液压系统是以油液作为工作介质,利用油液的压力能并通过控制阀门等附件操纵液压执行机构工作的整套装置。其作用为通过改变压强增大作用力。
  1.1 液压系统的组成及作用
  一个完整的液压系统由五个部分组成,即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。
  动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能,指液压系统中的油泵,它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。
  执行元件(如液压缸和液压马达)的作用是将液体的压力能转换为机械能,驱动负载作直线往复运动或回转运动。
  控制元件(即各种液压阀)在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。根据控制功能的不同,液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为益流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等;流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等;方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同,液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。
  辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、快速接头、高压球阀、胶管总成、测压接头、压力表、油位油温计等。
  液压油是液压系统中传递能量的工作介质,有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。
  1.2 液压系统的优、缺点
  与机械传动、电气传动相比,液压传动具有以下优点:
  (1)液压传动的各种元件,可以根据需要方便、灵活地来布置。
  (2)重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快。
  (3)操纵控制方便,可实现大范围的无级调速(调速范围达2000:1)。
  (4)可自动实现过载保护。
  (5)一般采用矿物油作为工作介质,相对运动面可自行润滑,使用寿命长。
  (6)很容易实现直线运动。
  (7)很容易实现机器的自动化,当采用电液联合控制后,不仅可实现更高程度的自动控制过程,而且可以实现遥控。
  液压的缺点
  (1)由于流体流动的阻力和泄露较大,所以效率较低。如果处理不当,泄露不仅污染场地,而且还可能引起火灾和爆炸事故。
  (2)由于工作性能易受到温度变化的影响,因此不宜在很高或很低的温度条件下工作。
  (3)液压元件的制造精度要求较高,因而价格较贵。
  (4)由于液体介质的泄露及可压缩性影响,不能得到严格的传动比。
  (5)液压传动出故障时不易找出原因;使用和维修要求有较高的技术水平。
  2 液压油污染的危害
  2.1对油泵和液压马达的危害
  (1)污染颗粒进入泵和马达内的相对滑动部位,如齿轮泵与齿轮马达的齿轮端面和两端面侧板、齿顶和壳体,叶片泵与叶片马达的叶片和叶片槽、转子端面和配油盘端面、定子和转子(叶片顶部)之间,柱塞泵和柱塞马达中的柱塞缸体孔、转子和配油盘之间、滑靴和倾斜盘之间、变量机构的滑动副之间,均会造成卡死现象,导致泵和马达功能失效。
  (2)污物进入上述滑动部位之间,使磨损加剧,缩短了泵与马达的寿命,有可能导致泵和马达报废。
  (3)污物堵塞泵吸油滤清器,产生气蚀,造成多种并发故障。
  2.2 对液压缸的危害
  (1)污染颗粒会使活塞与缸体,活塞杆与缸盖也及密封件产生拉伤和加速磨损,使泄漏量增大,容积效率和有效推力(拉力)降低。
  (2)污物卡住活塞或活塞杆,导致油缸不动作,整个系统失去工作机能。
  2.3 对阀类元件的危害
  (1)污物会引起滑阀卡住及节能口堵塞,造成阀动作失灵、流量调节失效和流量不稳定,进而使整个液压系统失灵,性能降低,甚至不能工作,造成设备事故的发生。
  (2)污物使阀类元件运动副过早磨损,配合间隙加大在,性能恶化,过早寿命终结。
  2.4 其它危害
  (1)污物繁殖细菌,加剧油液老化变质,发黑发臭,更进一步产生污染,如此恶性循环。
  (2)污物堵塞滤清器,导致油泵吸空,产生振动和噪声。
  (3)污物使油缸和马达增大摩擦力及增大摩擦力的变化,产生爬行动作。
  (4)污物会完成使先导阀等抗污染能力差的元件工作不稳定和滞后量增加,污物阻塞压力表面固定小孔,压力会得不到传递和反映。
  3 水对液压系统的危害
  由于矿山采掘設备是在井下作业,工作环境恶劣,地下水及潮湿水雾很容易进入设备的液压系统,因此需引起注意,严防水对液压系统的危害。其可能造成的危害如下:
  (1)水分入油中,会使液压油乳化,成为自蚀状态。如果液压油本身的抗乳化性较差,既即使静置一段时间,水分也不会与油分离,即液压总处于自蚀状态。这种白蚀的乳化油进入液压系统内部,不仅会使液压元件内部生锈,同时会降低摩擦运动副的润滑性能,零件磨损加剧,从而导致系统效率降低。   (2)进入水分使液压系统内的铁质元件生锈,剥落的铁锈在液压系统管道和液压元件内流动,如此蔓延扩散下去,会导致整个系统内部生锈,产生更多的剥落铁锈和氧化生成物,甚至出现很多油泥,这些水分污染物和氧化生成物,既成为进一步氧化的催化剂,更会导致液压元件堵塞、冷却器效率降低、滤清器堵塞等一系列故障。
  4 液压油污染物的来源
  液压 系统的污染源一是来源于外部,二是来源于内部。具体情况是:
  (1)液压元件在制造和装配过程中,污染物残留于元件和系统内。主要有铸件的型砂芯砂、焊渣、切削、锈片、棉纱纤维断头、涂料油漆剥落片、密封碎片、尘土尘埃、装配清洗用油及水分等。
  (2)设备在仓储运输过程中进入的。主要是雨水和灭尘等。
  (3)设备在安装调试过程中进入的。主要是清洗油、碰撞脱落物。
  (4)在使用过程中从外部侵入的异物(如空气、环境气体、水分、切削、磨粒及冷却液等)和内部产生的异物(如元件磨损金属颗粒和密封件磨损颗粒碎片、液压油氧化生成物、沉淀的沥青油泥等,冷却器泄漏的水、雨水和空气中水凝结的水分等,换油时夹带的污物、负压吸进系统的空气及环境腐蚀气体等)。
  (5)部分选用的液压油品质差,含水分、颗粒物超标。
  5 液压油污染物的防治措施
  (1)按设备说明书要求选择好推荐的油液(粘度和质量等级两项指标都应符合要求),条件许可时尽可能选择大品牌油液,油质选择正确才能保证油液不会过早变质。
  (2)使用的油液应是经过沉淀42小时以上的清洁油液。
  (3)向油箱加注油液时,应使用干净的专用容器。
  (4)油箱盖子及呼吸器处要做到清洁,经常保持干净,并能防止水和夹尘进入油箱。
  (5)定期清洗和更换滤芯,从滤油器通过的能力考虑,杂质大小与液压的压力关系是:当压力小于70×105Pa时,颗粒应小于0.05mm;当压力大于70×105Pa时,颗粒应小于0.025mm;当压力达到350×105Pa时,颗粒应小于0.01mm。
  (6)定期更换油液并清洗油箱。当然从使用成本考虑,不必要的更换会造成浪费,但是由于各台设备的工况不同,要建立一个很合理的更换时间表是很困难的。本身液压油的清洁度,添加油的清洁度,在添加油过程中的仔细程度,设备工作的环境及液压元件的密封条件等对滤清器和油液的更换都有影响,因此最好的办法是加强日常维护保养,经常拆下检查,如果发现滤清器外壁积污物层薄,表明滤清器仍起作用,只需清洗除去污物装上就行。如果污物在滤清器每个皱褶的根部均有沉积,表明滤清器必须更换,否则污物就会堵塞滤清器,造成油液从旁通阀进入液压系统而埋下故障隐患。
  (7)液压元件的各零件及油管、接头、密封件等物件上有大量油垢、油漆及表面氧化物等多种脏物,因此在装配前,必须要进行认真清洗,暂时不装或作为备用的液压元件清洗后,各油口要作密封处理,防止污物再次污染液压元件。
  (8)在维修中拆下的各种液压元件,要定置摆放于清洁的容器中,一是可防止元件丢失及碰撞,二是防止泥沙、粉尘等污物进入阀件、液压缸、泵及马达内。
  (9)在维修现场,要尽量保持作业环境清洁,在装配较精密泵、阀等液压元件时,维修工的手及使用的工具也要保持清洁,避免通过手和工具将污物带到液压元件中。
  6 液压油的检测、再生和处理
  从上面的论述中可以看出油液本身品质的重要性,即油液中水分及颗粒物含量超标对液压系统的危害,下面就我公司为保证油液质量对油液使用过程中的检测和处理,以及油液再生使用的一些做法作简要介绍,供液压设备使用单位借鉴和参考。
  6.1 油液检测仪器和处理设备
  (1)KLD-B便携式油液污染度检测仪
  ①产品描述
  KLD-B系列便携式油液污染度检测仪可用于检测溶液中固体颗粒的数量和颗粒的分布情况,可用于现场在线监测,也可用于取样瓶离线检测(实验室模式),还可以用于监测过滤器的过滤效果等场合,可检测油液包括液压油、润滑油、变压器油(绝缘油)、汽轮机油(透平油)、齿轮油、发动机油等。
  ②产品主要特点
  可实现油液颗粒和水分的同时测试;能以数字、图表等方式彩显NAS、ISO、GJB污染度等级数,并能通过污染度变化曲线图看出油液污染的变化趋势;内置PC机、打印机,采用触摸式液晶大屏幕显示,便于用户操作、数据显示、数据USB传输、系统升级及可随时对历史检测数据或正在检测的数据进行打印等。
  ③技术性能如表1
  (2)DYJ-Q型全自动多功能润滑油净油机
  ①产品描述
  DYJ-Q型全自动多功能润滑油净油机是根据各类牌号润滑油的运动粘度、闪点、粘温特性等性能指标差异比较大的特点而研发的,可对液压油、液力传动油、齿轮油、汽油、机油等液态油品进行有效的净化再生处理,能快速脱除油液的水分、气体和机械杂质,闪蒸除掉油中的轻质酸、轻质烃等。其对提高油的品质,恢复润滑油粘度、闪点及使用性能,对保证动力系统、液压系统、润滑系统的正常运行非常有效。
  ②工作原理
  滤油机工作时,需要过滤的油液在外界大气和真空抽吸的作用下进入电加热器,经过加热的油进入强磁过滤器,大颗粒杂质被滤除。含有细小杂质的油液进入二级过滤器,进行再过滤。然后油液进入聚结分水过滤器,因分水过滤器采用了强化亲油疏水技术,改善了油水两相界面的相互作用力,使油中的细小水滴加速运动,并聚结成大水滴从油中分离析出,沉淀于储水器中。然后去除杂质的油液进入三维立体真空閃蒸塔,在喷淋装置的作用下,使油分散成雾状,喷淋到三维立体鲍尔环上,形成很薄的油膜(厚度为0.025mm),油膜曲线向下运动,产生较大的曝气面积和曝气时间滞留过程,从而进行充分的破乳、脱水、脱气的分离过程。蒸发的水蒸气、轻质烃等混合气体进入水气分离装置、强风冷凝器和真空缓冲室,水蒸气和可凝气体被凝结后经排水装置后排出,不可凝气体经真空泵排出。最后除去水分、气体和机械杂质的油液经油泵输入到精密过滤器,除去油中的微颗粒杂质,整个净油过程即完成。   ③油液处理保证性能指标如表2
  6.2 油液的检测、再生和处理
  我公司设备使用的液压油,除少部分价格昴贵的进口设备使用国外品牌的油液外,其余大部分设备均使用国内较好品牌液压油,通过对使用油液抽检发现,国内、外品牌油液均会时而存在水分和颗粒物超标的问题,为保证设备使用油品质量,降低生产作业成本和设备故障率,我们因此建立了专门的管理制度,对液压油使用前、中和后期均对油液作检测,并视情况作处理,对部分换下的废油通过再生合格后也循环利用,具体作法如下:
  (1)新购进的每桶油液到库房后取第一次样,静置42小时后再取一次样,用油液污染度检测仪对两次样品作检测、分析。
  (2)对两次检测均合格的油液,可发放供液压设备使用。
  (3)对第二次检测不合格的油液,抽取其离200mm桶底200mm以上部分油液至新油桶,这部分合格油液可发放使用,其余部分等经净油机处理,并经再次检测合格后方可发放使用。
  (4)定期对使用中的设备液压油取样检测,油质不格的及时更换,更换油液时必须清洁油箱后在加注液压油。
  (5)对换下的油液用净油机作再生处理,处理检测合格的油液可运用于一些对油质要求不高的液压设备。
  7 结束语
  必须充分认识液压系统液压油污染控制的重要性,采取得力、操作性强的措施,尽可能杜绝油液污染源,为液压系统安全、可靠运行提供切实保证,才能确保设备经济、高效的为生产服务。望文中防止油液污染的措施及我单位控制油液污的一些具体做法,对使用液压传动设备的单位有一定的借鉴意义。
  参考文献
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  [4]北京航峰科伟装备技术股份有限公司;KLD-B便携式油液污染度检测儀使用说明书[M];北京; 2011.
  作者简介
  杨伟(1968-),男,云南个旧人,大学专科,机械工程师,从事设备能源管理工作。
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