钢铁企业液压系统的污染及控制

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钢铁企业液压系统的污染及控制
何力伟
摘要：钢铁企业的液压系统污染控制对于提高设备的运行效率与延长设备使用寿命有着显著的正向影响。

因此明确液压系统污染物的种类并找寻有针对性的污染控制措施变得非常必要。

本文将从实际情况出发，首先明确液压系统污染物的种类及污染原因，进一步阐述对液压系统污染物的危害，并针对性地提出液压系统污染控制策略，以期为钢铁企业控制液压系统污染提供参考与帮助。

关键词：钢铁企业；液压系统；污染控制
随着我国冶金规模的持续扩大，许多钢铁企业得到了新的发展机遇。

在这种情况下，针对冶金设备的应用需求也不断提高。

对于冶金设备而言，液压系统污染物对其正常运行产生的影响十分显著。

因此，对于钢铁企业来说，开展针对性的研究对于控制液压系统污染、提高设备使用效率具有至关重要的作用。

1 液压系统污染物的种类及污染原因
1.1 污染物的种类
液压系统的污染物种类主要包括固体、液体和气体三个方面。

固体污染物是指颗粒污染物，常常是液压油中最为普遍、危害最大的污染物。

固体污染物的分散度、形状、尺寸、硬度和结团性都是其特征。

液体污染物通常可游离、溶解于液压油中，并可以通过凝固点、蒸汽压力和腐蚀性等性质来表征。

气体污染物通常是以空气的形式存在且能够以气泡的形式混合于液压油中，通常通过密度和吸附性等性质来表征。

1.2 液压系统污染产生的主要原因
液压系统污染的主要原因可分为三类：外部入侵、内部工作元件磨损和制作过程中残留的污染物。

液压系统内部磨损会产生污染物，通常是液压泵、液压马达等元件的磨损，或者液压油分解、添加剂析出的污染物。

外部入侵则是指液压系统在使用过程中，新添加的液压油、呼吸阀、液压油箱加油口敞开以及液压系统密封处密闭性不良等原因，很容易受到污染物入侵，可能的污染物种类非常多样。

例如，更换液压系统部件时就可能受到固体颗粒的污染，在散热器水箱损坏后就可能受到液体污染物的污染。

制造过程中残留的污染物则主要来源于液压系统的液压件，如果部分液压件清洁度不高就进行系统装配，就很容易残留固体颗粒从而造成污染。

2 液压系统污染物的危害
液压系统的正常运行与工作质量密不可分，而液压油的污染是导致系统故障的主要原因。

据相关研究表明，超过75%的液压系统故障是由于液压油的污染所造成的，因此，控制液压系统油污染的主要方法就是减少液压油中固体颗粒和水分、空气的含量。

2.1 固体颗粒污染物的危害
英国液压机械研究联合会（BHRA）对近200台液压设备进行了长达五年的深入研究，结果表明，固体颗粒物是液压系统故障的最主要原因。

超过60%的液压故障是由于固体颗粒污染物过多所引起的，其中25%至75%的颗粒污染物来自于液压系统元件之间的磨损而产生的金属碎屑。

根据磨损机理不同，可将液压系统颗粒污染物分为疲劳磨损、磨粒磨损和冲蚀磨损三种类型。

液压系统元件在运行过程中，若固体颗粒物进入元件的动态副间隙，会导致相互运动的两个元件表面发生切削作用，引起非正常磨损，甚至破坏并导致系统故障。

液压油中的固体颗粒，若夹在元件金属表面之间，就会与元件表面发生物理碰撞所导致的磨损，称为冲蚀磨损。

在固体颗粒发生冲蚀磨损过程中，由于相对速率、质量、大小、材质、颗粒属性以及冲击角度等参数的不同，固体颗粒对元件的破坏程度也不同。

若大量固体颗粒渗透至液压元件的运动副间隙，并发生切削力作用，会导致元件表面发生塑性变形，当这种变形不断堆积，逐渐加剧时，就会产生元件表面的缺陷扩展，进而引起疲劳磨损。

在液压系统中，固体颗粒磨损作用不只是单一机理的作用，而是多种磨损机理的同时作用。

过多颗粒污染物造成的液压系统失效类型也是多种的。

这些类型主要包括：突发失效、间歇失效和退化失效。

突发失效指的是液压系统无预警或难以预警的突然失效。

当较大的固体颗粒物进入液压阀中，引起液压滑阀芯卡滞无法运作，阀口无法关闭，从而导致整个系统失效。

间歇失
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效类型下，液压系统的失效属于间歇性。

如果故障问题不大，往往能够自行纠正。

当固体颗粒物随着液压油运行流入系统阀体间隙中，很容易导致阀芯卡滞无法正常运行。

如果颗粒物体积较小，随着油液的运行，它们往往会被冲走，系统就能恢复正常运作。

但液压系统中存在许多节流缝隙与阻尼孔，固体颗粒物进入其中会引起磨损，造成泄漏增加。

这会使得阀芯处于卡滞状态，或是将阻尼孔与节流孔堵塞，使得油液流通难度加大，导致液压系统难以正常运作。

而退化失效类型则是指因为系统元件老化、磨损造成的失效，当系统长期处于退化失效状态，液压元件内泄增大，油液变质并逐步积累。

在严重情况下，会导致系统的大部分元件完全报废，无法使用。

液压系统中的元件如泵、阀、油缸或液压马达等，在相对运动时能够实现良好的互相配合，在元件之间存在许多的节流缝隙与阻尼孔，进入其中的固体颗粒物会加剧磨损，使元件内部泄漏加剧，系统难以正常运作。

但不同颗粒大小与性质的污染物，造成的损害也不一样。

例如，在液压系统的阀体与阀芯配合间隙约为5um至8um，因此5um左右的固体颗粒物最容易造成元件配合间隙的堵塞，对液压阀的危害最大。

在元件磨损的层面上，15um以上的固体颗粒物更容易使元件产生磨损。

例如，在柱塞泵中的柱塞与柱塞缸体、配流盘与缸体、斜盘与滑靴等相对运动的元件产生磨损，比如在柱塞泵中的柱塞与柱塞缸体、配流盘与缸体、斜盘与滑靴等相对运动的元件表面，污染颗粒物的流入会加快元件表面的磨损，使得柱塞泵出现失效故障。

2.2 空气污染物的危害
通常情况下，液压油具有一定的空气溶解性，可以在标准气压下自然溶解约10%的空气，这种情况下的空气溶解是不会对液压系统造成明显的影响。

但随着系统温度的升高，液压油的空气溶解度会降低，或在温度下降过快时，空气会析出油外，并形成气泡悬浮在油液中。

由于气体不与元件和油液溶解，将对系统产生危害和影响，其主要体现在以下几个方面：
第一，由于气体悬浮在液压油表面，导致液压油体积的弹性模量以及油液的刚性降低。

每当有1%的空气与液压油混合在一起时，油体的弹性模量就会降低到纯净液压油的36.3%；
第二，当气泡被混入液压油中时，在暴露在高压下时，气泡会在爆炸瞬间对元件表面产生170MPa至230MPa的冲击压力。

这样的状态将导致元件表面产生破损和剥落等现象，并进一步引起系统的震动和液压噪声；
第三，由于空气的催化作用，液压油的变质速度得到加快。

当液压油中小于5毫米的颗粒与空气形成物理联系时，容易发生氧化反应，氧化物会与液压油发生化学作用，导致油体原子性质发生了改变，从而加速了油液的老化过程，最终导致系统动态特性下降；
第四，当液压油混入空气后，其可压缩性会显著提高，导致在压缩过程中液压油的温度急剧上升。

在这样的状态下，油温的快速升高会导致液压系统油缸和主泵受到气爆和气蚀的影响，最终加速了元件的老化和磨损，缩短了元件的使用寿命。

2.3 水分与其他污染物质的危害
液压系统的吸水量会随着油温的升高而增加，其吸收饱和度通常在230PPM至350PPM之间。

当液压油的吸水量增加到液体含水量达到饱和值时，离心力搅动使油液处于自由状态下的系统工作转变成乳化状态，从而降低了油液的润滑性，导致设备故障。

水分通过化学反应生成酸性物质，与液压油中的氯化物和金属硫化物一起对元件产生腐蚀，对液压系统造成主要危害。

此外，液压系统中的化学物质和静电放射，如磁性、微生物和其他化学物质，也会导致设备故障。

3 钢铁企业液压系统的污染控制策略
3.1 设计时要选用适宜的过滤器
钢铁液压技术的优良开展离不开液压设备的高效运行，设计阶段则需要充分考虑液压系统的运行环境以选择合适的过滤器。

在整体液压系统中，过滤器在过滤污染物方面发挥着卓越的作用。

因此，相关工作人员必须结合设备系统与液压油的具体情况，全面考虑过滤器的种类与质量，特别要注意过滤产生的油液浪费问题。

在选购过滤器时，应首先考虑不同环境下的过滤精度。

一般而言，20微米的过滤器精度已足以满足钢铁企业的过滤需要。

但对于电液伺服等高精度系统，过滤器精度必须进一步提高以免损害系统运行效率。

在实际工作中，应当根据所需精度的要求选择与设计系统，这能有效减少元件更换或清洗的频率。

3.2 加强对液压系统使用的维护与保养
钢铁企业在冶金过程中，必须对其液压系统定期进行维修和保养。

液压系统的维保工作通常可分为以下四个步骤：首先，油液的注入。

在加入新油液时，必须全面控制油液的杂质和污染物。

此外，由于新油注入会产生一定的运转阻力，有关人员必须进行三级细净过滤以确保液压油达到电液伺服标准，并能够满足电液阀门更换要求。

第二，液压油温。

在液压系统的液压处理过程中，应特别注意液压油的温度问题，以避免因过高温度导致油液氧化反应。

在这种情况下，为了避免元件因氧化物而受损或腐蚀，必须将液压系统的温度控制在55℃以下，以避免机械损伤形成泄漏问题。

第三部分是元件更换。

为确保系统的高效和正常运行，有关人员必须定期严格检查元件，并及时维修或更换
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那些损坏严重的元件，以确保液压系统不会因元件寿命到期或老化而受到外来杂质污染。

第四部分是元件的定期清洗。

有关人员必须定期对元件的污垢进行浸泡，并对液压油过滤器进行全面清洗，以减少杂质并从源头上减少系统污染物的侵入。

3.3 加强液压元件在运输、存储环节的清洁控制
液压系统配件在运输和储存过程中需要遵循严格的防磕碰、防腐蚀、防锈和防尘要求。

元件的仓储环境必须确保空气流通、避免水和灰尘进入，并遵循“先进先出”原则运输元件。

针对钢铁企业的物流工作，需要采取全方位措施对液压元件的接收、分拣、储存和配送等环节施行防尘防水措施。

首先，应当加强液压零部件的屏蔽能力，以确保其清洁达标。

在运输和储存过程中，需要在接合口处实施无尘屏蔽措施，并对现场工序进行检查。

如果发现元件屏蔽措施不规范和不科学，必须立即提醒和解决，并参考相关防尘标准实施。

其次，应当加强液压元件接收、储存和配送防护的能力，物流转运区域必须严格按照相关的清洁要求进行屏蔽措施，明确物料盒标识，实现粉尘的宏观层面清除。

在元件的包装袋打开期间，需要格外注意异物的混入，元件在物流区域内不得中转必须直接运送至装配工位。

元件的转运过程需要注意，不能与地面和小车形成直接接触，并在物流区域内实现同件号物料的分层次配送，放在统一配送装置中。

虽然某些钢铁企业的物流区域实行了严格的5S管理，但在日常工作中仍不可避免会混入一定量的环境污染物，如卷帘门开启、扬尘和配送设备尾气排放等。

针对这些情况，可以增加吸尘器清除灰尘，并加强防尘隔断的改善。

液压系统的主阀组装因工序繁杂、部件较多，如操作不当会使灰尘和异物混入其中。

因此，需要为主阀组装搭建独立的封闭洁净车间，对相关主阀部件进行控油、安装和自检工序，以使主阀部件达到10万级清洁度要求。

在此期间，可利用微粒测量仪测量相关元件部分工序进行粒子检查，保证部件运输期间的空气清洁度，并明确环境清洁度，包括主阀组装工序、自检工序和控油工序的粒子量。

3.4 应合理运用污染度的检测方法，保障液压系统的清洁度
首先，介绍质量测定法。

该方法依据ISO4405标准进行操作，能够对液压系统液压油中的固体颗粒污染物进行测定，具有科学性和经济性。

该方法需要将一定数量的液压油通过微孔滤膜过滤，然后比较过滤前后液压油的质量差异，从而确定液压油中的污染程度。

液压油污染度与过滤后液压油体积的比例成正比。

真空吸油过滤装置是主要的过滤设备，其简单易用、性价比较高，因此被广泛使用。

但是，该方法只能得到固体污染物的质量，不能提供精度要求较高的污染测试参数。

其次，介绍半定量分析法。

该方法主要通过显微镜观察液压油中的污染物含量并对其进行比较和过滤。

具体操作是，将经过滤的样本与标准样本进行比较，如果它们的颗粒分布基本一致，则能够得出液压油的污染程度。

该方法速度较快，能够便捷地获取液压油的污染程度的大概数值。

在滤膜堵塞法中，液压油的颗粒污染物可以通过滤网进行过滤，进而明确滤网两端的油压变化和流量差。

通过系统监测后，可以明确油压与流量之间的关系，从而半定量地确认液压油污染物等级。

通过以上方法，能够对液压油的污染情况进行明确，从而确保系统的清洁度。

4 结语
综上所述，液压系统的污染物对设备的正常运行产生影响。

因此，在设计时应选择适宜的过滤器，在使用液压系统时加强维护和保养，并加强液压元件在运输和存储时的清洁控制，以减少液压系统中的污染物。

这对于提高设备的运行效率和使用寿命具有极为重要的作用，尤其对于钢铁企业来说。

（作者单位：唐山钢铁集团有限责任公司）
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