礦用汽車液壓系統(tǒng)污染控制
文章出處：威海戥同測試設(shè)備有限公司 人氣：發(fā)表時(shí)間：2009-12-09
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摘 要:在工作條件惡劣的露天礦所用的大型運(yùn)輸設(shè)備的液壓系統(tǒng)污染控制的方法是本文的研究課題。本文首先通過現(xiàn)場設(shè)備跟蹤試驗(yàn)分析了液壓系統(tǒng)污染源及種類，根據(jù)污染源制定切實(shí)可行的污染控制方案，建立了一整套液壓油監(jiān)測體系，制定了視情換油、污染控制等級、故障診斷的參考標(biāo)準(zhǔn)，并利用這些結(jié)論指導(dǎo)現(xiàn)場實(shí)踐。
關(guān)鍵詞：礦用汽車 液壓系統(tǒng) 污染 控制
1 問題的提出
霍林河露天煤礦是一座年產(chǎn)1000萬噸的大型煤礦，所使用的運(yùn)輸設(shè)備多為大噸位、大功率設(shè)備。液壓系統(tǒng)是這些設(shè)備的關(guān)鍵系統(tǒng)之一，主要實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向、舉升、制動三大功能，系統(tǒng)壓力高，作業(yè)環(huán)境惡劣。如果對液壓系統(tǒng)保養(yǎng)維護(hù)不良，會使液壓元件使用壽命下降，輕則造成停機(jī)停產(chǎn)，重則發(fā)生機(jī)械事故，造成大的經(jīng)濟(jì)損失。
近兩年來，我礦新引進(jìn)的SF31904自卸車因?yàn)橐簤合到y(tǒng)的污染造成雙聯(lián)泵磨損失效14臺，卸荷閥連續(xù)損壞達(dá)9只；原有的HD680自卸車連續(xù)損壞齒輪泵12臺，總損失近90萬元。作者首先考察了解到本礦設(shè)備液壓系統(tǒng)用油的污染很嚴(yán)重，甚至液壓系統(tǒng)最低的清潔度要求都沒有達(dá)到，而且在思想上沒有引起重視。因而提出了對設(shè)備液壓系統(tǒng)污染度進(jìn)行控制的思想，以期通過制定一整套液壓控制體系來控制設(shè)備液壓系統(tǒng)的污染使其滿足使用的要求，降低故障率，節(jié)約檢修成本，減少油液的使用量從而降低運(yùn)行成本。
本課題現(xiàn)實(shí)意義非常巨大，霍林河露天煤礦為此項(xiàng)目而成立了研究小組，投入科研經(jīng)費(fèi)6萬元，并購置了近40萬元的專用設(shè)備來加快項(xiàng)目研究和成果轉(zhuǎn)化。
2 霍林河露天礦設(shè)備液壓系統(tǒng)中污染物的種類及元件失效形式
2.1 液壓系統(tǒng)中污染物的種類
霍林河露天礦地處干燥多風(fēng)沙地區(qū)，年降雨量少，空氣粉塵含量大。經(jīng)過我們的研究，設(shè)備液壓系統(tǒng)中污染物最主要的是以微小的固體顆粒形式出現(xiàn)的顆粒污染物，此外還有水、空氣，但污染作用極不明顯。液壓系統(tǒng)中污染物的來源主要是侵入、生成及制造、檢修裝配時(shí)未清除干凈的殘余物。
下面對研究中發(fā)現(xiàn)的礦用運(yùn)輸設(shè)備液壓系統(tǒng)的主要污染物做詳細(xì)分析。液壓系統(tǒng)污染物按物理狀態(tài)來分類，有固態(tài)、氣態(tài)和液態(tài)三種。固體污染物通常以微粒狀態(tài)出現(xiàn)，通稱為“粒子”。氣體污染物可以溶解于液體中，或以氣泡的形式夾雜在液體中。液體污染物根據(jù)它的重度和它與主液體的可溶性，可以是游離狀態(tài)、溶解于主液體或使主液體成為乳狀液。
2.1.1固體顆粒污染
這種污染物是以微小的固體顆粒形式出現(xiàn)的顆粒污染物，主要是細(xì)小沙粒和磨屑，它是設(shè)備液壓系統(tǒng)中最普遍的污染物類型。小松車液壓油箱內(nèi)的顆粒污染物如圖1所示。
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圖HD680液壓油箱內(nèi)的顆粒污染物
2.1.2 空氣污染
混入液壓油中的空氣如同顆粒污染物一樣，將對系統(tǒng)產(chǎn)生十分有害的影響。只要空氣保持溶解于液體之中，就不會影響液壓系統(tǒng)的工作。若以氣泡或氣穴形式夾雜于液體中，就會產(chǎn)生氣蝕、噪音等不良作用。
2.1.3 水污染
水在礦物油基液壓油中產(chǎn)生的問題，比大多數(shù)人所意識到的要嚴(yán)重得多。游離水可以作為沉淀物出現(xiàn)或使液壓油成為乳狀液。礦物油基液壓油中的水會產(chǎn)生氧化物和各種沉淀殘?jiān)?。在液壓系統(tǒng)中最明顯的結(jié)果是對元件表面產(chǎn)生腐蝕或銹斑，從而促使元件表面產(chǎn)生進(jìn)一步的腐蝕和加劇對整個(gè)系統(tǒng)的污染。
2.2 液壓系統(tǒng)的失效形式
據(jù)作者對設(shè)備液壓系統(tǒng)故障的統(tǒng)計(jì)，由于污染引起的故障占首位，其次是磨損、密封裝置老化、內(nèi)外泄漏等。
2.3 典型元件失效分析
各種失效的液壓原件如圖2所示。
對于泵類元件，污染顆粒使泵的相對運(yùn)動部件，如柱塞泵中的柱塞和缸孔，滑履和斜盤，葉片泵中的葉片和葉片槽，轉(zhuǎn)子端面和配油盤，齒輪泵中的齒輪端面和側(cè)板，齒輪和殼體等零件磨損。
對于閥類元件，污染顆粒會加速滑動面和控制孔口的磨損，堵塞節(jié)流孔或阻尼孔，從而使閥的性能變壞或動作失靈。
對于液壓缸，污染顆粒加速密封件的磨損，使泄漏量增大。污染顆粒會造成軸承和軸頸的嚴(yán)重磨損。使摩擦阻力增加并導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)部件的不平衡，最終使軸承和軸失效。
3 設(shè)備的跟蹤監(jiān)測試驗(yàn)與結(jié)論
霍林河露天煤礦現(xiàn)在共有運(yùn)輸設(shè)備45臺。根據(jù)實(shí)際情況，選擇了液壓系統(tǒng)非常復(fù)雜且關(guān)鍵的HD680車5臺、SF31904型108T車5臺和75B型車2臺作為重點(diǎn)跟蹤設(shè)備，從對這些設(shè)備的跟蹤結(jié)果來對設(shè)備的污染度控制方法進(jìn)行分析、歸納，最后提出適合礦山現(xiàn)場實(shí)施的污染控制體系。
3.1 分析技術(shù)
在做研究的過程中，我們主要使用光譜分析技術(shù)、鐵譜分析技術(shù)、理化分析、污染度檢測四項(xiàng)油質(zhì)檢測技術(shù)。
3.2 油液分析流程
油液分析流程圖見圖3。
圖3 油液分析方法流程
3.3 跟蹤監(jiān)測數(shù)據(jù)
下表列出的是具有代表性的監(jiān)測數(shù)據(jù)，重點(diǎn)對兩個(gè)品種的液壓油的使用過程中油質(zhì)變化及油液的污染情況進(jìn)行了跟蹤監(jiān)測。舉例如表1、表2、表3。
表1 新液壓油理化數(shù)據(jù)
從研究得到的跟蹤數(shù)據(jù)分析可知：新油的污染度能夠滿足設(shè)備的使用要求，可以直接加入到設(shè)備中（在不被二次污染的情況下）；液壓油中金屬大顆粒出現(xiàn),主要由異常磨損產(chǎn)生的; 液壓油使用超過2000小時(shí)，油質(zhì)沒問 題，埃索的液壓油在使用周期2000小時(shí)內(nèi)油質(zhì)正常（可繼續(xù)延長），特力液壓油在2000小時(shí)使用周期內(nèi)油質(zhì)也正常。從分析數(shù)據(jù)看，液壓油的水污染較輕，氣蝕的現(xiàn)象較少。這就說明我們所使用的設(shè)備液壓系統(tǒng)的污染來源是環(huán)境污染和液壓系統(tǒng)本身，而設(shè)備本身產(chǎn)生的機(jī)械雜質(zhì)主要是由于液壓系統(tǒng)污染后使設(shè)備磨損產(chǎn)生的。
3.4 試驗(yàn)結(jié)論
1) 設(shè)備液壓系統(tǒng)固體顆粒污染的來源是環(huán)境污染和設(shè)備本身產(chǎn)生的機(jī)械雜質(zhì)。
2)油液失效的原因是污染嚴(yán)重造成。油液污染度超12級，設(shè)備磨損加劇，因此設(shè)備的污染度應(yīng)控制在12級內(nèi)。
3)設(shè)備運(yùn)行2000小時(shí),油質(zhì)正常，油品使用時(shí)間可繼續(xù)延長，但為了保護(hù)設(shè)備，液壓油的使用時(shí)間應(yīng)由原來的1200小時(shí)延長到2000小時(shí)。通過統(tǒng)計(jì)分析的液壓油的換油指標(biāo)見表4, 指標(biāo)中有一項(xiàng)超限就應(yīng)換油。
表4 液壓系統(tǒng)換油指標(biāo)
| 項(xiàng)目名稱 | 臨界值 |
| 運(yùn)動粘度mm2/s | 39.94-48.82 |
| 酸值增加， 不大于 | 0.3 |
| 水分%，不大于 | 0.1 |
4） 利用鐵譜分析技術(shù)和光譜分析技術(shù)不但能夠分析液壓系統(tǒng)中的污染, 同時(shí)能夠?qū)υO(shè)備液壓系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷,從試驗(yàn)中得液壓系統(tǒng)故障診斷的參考標(biāo)準(zhǔn)見表5。如果分析結(jié)果大于參考值，應(yīng)停機(jī)檢查可能發(fā)生故障的部位，主要是液壓泵和液壓缸。
表5 液壓系統(tǒng)故障診斷參考標(biāo)準(zhǔn)
| 元素名稱 | 參考標(biāo)準(zhǔn)值(ppm) |
| Fe | 100 |
| Cu | 40 |
| Si | 20 |
4 生產(chǎn)設(shè)備液壓系統(tǒng)污染控制方案
從上面的分析得，要控制液壓系統(tǒng)的污染,就應(yīng)該對液壓系統(tǒng)的整個(gè)壽命周期進(jìn)行控制，控制固體顆粒的污染即環(huán)境污染。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，我們購買了性能較好的濾油設(shè)備，用油液分析技術(shù)來監(jiān)測油液的污染，污染超過一定的值時(shí)，就通過濾油設(shè)備進(jìn)行凈化，油品可繼續(xù)使用，這樣延長油品的使用壽命?？刂品桨噶鞒桃妶D4。
4．1 液壓油污染控制方案
設(shè)備液壓系統(tǒng)污染控制要在設(shè)備保養(yǎng)、檢修、使用三個(gè)階段實(shí)行各有側(cè)重的污染控制方法，這些方法匯集在一起就構(gòu)成了對礦用設(shè)備液壓系統(tǒng)污染進(jìn)行有效控制的整體方案。方案如下：
1） 設(shè)備加油：加油時(shí)要用干凈的油管連接油桶和油箱，或通過濾油設(shè)備加油。
2） 油液監(jiān)測: 每隔300小時(shí)取樣一次,進(jìn)行污染度、機(jī)械雜質(zhì)、有無大顆粒、磨損是否正常、理化指標(biāo)等分析。如有異常應(yīng)加密跟蹤, 150小時(shí)檢測一次。期間應(yīng)根據(jù)情況及時(shí)出具分析報(bào)告。
3） 如果污染度超過NAS12級時(shí)，向設(shè)備維修部門出具污染度檢測報(bào)告，有關(guān)單位接到報(bào)告后，組織實(shí)施濾油，更換過濾器。繼續(xù)跟蹤。
4） 油品運(yùn)行到2000小時(shí)，出具換油報(bào)告有關(guān)單位接到報(bào)告后，組織實(shí)施，清洗液壓系統(tǒng)，更換過濾器，給設(shè)備加油。實(shí)施下個(gè)周期的跟蹤監(jiān)測與控制。
5) 處理較大的液壓系統(tǒng)故障后，應(yīng)使系統(tǒng)短時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，對液壓油進(jìn)行過濾，反復(fù)進(jìn)行兩次以上。
4.2 液壓油凈化
液壓油是設(shè)備的使用過程中用量最大的附屬油，如果能夠?qū)崿F(xiàn)低成本凈化，油品的壽命將大大延長，同時(shí)延長設(shè)備的使用壽命，降低設(shè)備故障率，經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^。
研究中所使用的凈油機(jī)是山東威海戥同測試設(shè)備有限公司生產(chǎn)的GHP70P型凈油機(jī)。該凈油機(jī)采用的是離心力的原理，能夠分離油液中的固體顆粒，水和空氣等。其最大的特點(diǎn)是不消耗濾材，這樣免去了相當(dāng)大的濾材投入，使各種污染嚴(yán)重的油液都可得到方便的凈化。過濾前后污染度情況如表6所示
表（六） H006液壓油兩次過濾試驗(yàn)污染度數(shù)據(jù)
| 油品狀態(tài) | 等級（NAS） |
| 過濾以前 | 超12級 |
| 一次過濾后 | 12級 |
| 二次過濾后 | 10級 |
4 總結(jié)
1) 通過現(xiàn)場設(shè)備跟蹤監(jiān)測的實(shí)驗(yàn)方法得到設(shè)備液壓系統(tǒng)污染控制的方案，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備液壓系統(tǒng)的污染控制，降低設(shè)備液壓系統(tǒng)的故障率，延長設(shè)備的使用壽命。
2）制定了運(yùn)輸設(shè)備液壓系統(tǒng)污染控制臨界值, 視情換油警戒值和故障診斷參考標(biāo)準(zhǔn)等。
3）提出了液壓油污染凈化的方法。實(shí)踐證明,對液壓油的適當(dāng)過濾不僅大大地減少系統(tǒng)故障率，還可減少因污染而造成的換油，延長油品使用壽命，使設(shè)備由原來1200小時(shí)換油延長至2000小時(shí)，而且液壓油狀況更好。只此一項(xiàng)可為霍林河露天礦每年減少用油成本20萬元。
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