冶金工業(yè)液壓污染控制分析

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1前言

液壓傳動(dòng)技術(shù)在18世紀(jì)誕生后即得到迅猛發(fā)展。今天,液壓傳動(dòng)設(shè)備在各行各業(yè)得到廣泛的應(yīng)用,尤其在冶金行業(yè)中顯得更為突出。液壓傳動(dòng)技術(shù)有其不可比擬的優(yōu)點(diǎn),這是它得以迅猛發(fā)展的主要原因。與此同時(shí),液壓傳動(dòng)設(shè)備又有其脆弱的一面,其中抗污染能力低是突出的弱點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì),70%～80%的液壓故障是由于不同程度的傳動(dòng)介質(zhì)受污染而引起的。要保證液壓系統(tǒng)正常、可靠地運(yùn)行,必須要保持系統(tǒng)的清潔。利用液壓污染控制技術(shù),可有效提高液壓元件使用壽命及液壓系統(tǒng)工作的可靠性。

2液壓系統(tǒng)污染的原因與危害

液壓系統(tǒng)污染的原因很多,從污染產(chǎn)生機(jī)理來(lái)看,可分為液壓介質(zhì)的污染物,制作、安裝過(guò)程中潛伏在系統(tǒng)內(nèi)部的污染物和系統(tǒng)工作過(guò)程中產(chǎn)生的污染三種。結(jié)合冶金工業(yè)中的實(shí)際,產(chǎn)生污染的原因及危害主要有以下幾個(gè)方面。

2.1液壓系統(tǒng)內(nèi)部再生污染產(chǎn)生的原因與危害[1]

2.1.1液壓泵

冶金工業(yè)中最常用的液壓泵包括:齒輪泵、葉片泵和軸向柱塞泵。其產(chǎn)生污染的主要原因是由于泵體內(nèi)機(jī)械零件相互磨損產(chǎn)生細(xì)小金屬粉末和金屬顆粒。這些再生的固體顆粒污染物隨著傳動(dòng)介質(zhì)的循環(huán)流動(dòng)而充滿整個(gè)液壓系統(tǒng),容易堵塞液壓元件先導(dǎo)部分節(jié)流孔,造成液壓泵內(nèi)泄漏增大,輸出流量降低,甚至造成元件失靈。另外,對(duì)液壓元件起到研磨劑的作用,導(dǎo)致系統(tǒng)污染狀況急劇惡化,進(jìn)而引起液壓泵和液壓閥過(guò)早磨損,危及整個(gè)系統(tǒng)的工作穩(wěn)定和使用壽命。對(duì)于液壓馬達(dá),容易造成內(nèi)泄漏增大,輸出轉(zhuǎn)速降低,嚴(yán)重時(shí)引起失效而無(wú)法工作。

2.1.2液壓閥

液壓閥種類繁多,一般閥孔與閥芯間的徑向間隙是4～13μm,最小達(dá)到2.5μm。污染物混入系統(tǒng)后會(huì)加速液壓閥的磨損、研損,污染物會(huì)堵塞液壓閥的節(jié)流孔或節(jié)流縫隙,破壞或者引起閥的動(dòng)作失靈或者引起噪聲。傳動(dòng)介質(zhì)流經(jīng)閥芯與臺(tái)肩的棱邊時(shí)產(chǎn)生沖刷磨損,構(gòu)成危害系統(tǒng)的再生污染。

2.1.3比例控制閥和液壓伺服閥

比例控制閥和液壓伺服閥是液壓系統(tǒng)中對(duì)污染最為敏感的液壓元件之一。其危害主要表現(xiàn)為:控制誤差增大、響應(yīng)速度遲緩、輸出不平穩(wěn)、控制失靈、失去控制特性、檢測(cè)曲線出現(xiàn)階梯狀、死區(qū)和滯后量增大以及流量比減小等。

2.2液壓系統(tǒng)外部侵入污染的原因與危害

2.2.1新傳動(dòng)介質(zhì)的污染

傳動(dòng)介質(zhì)在未注入液壓系統(tǒng)之前,由于存儲(chǔ)、運(yùn)輸過(guò)程中經(jīng)過(guò)了管道,傳動(dòng)介質(zhì)與管壁發(fā)生摩擦,產(chǎn)生金屬顆粒和橡膠顆粒進(jìn)入液壓系統(tǒng)內(nèi)部。另外,還有大氣中的水分、灰塵和金屬容器內(nèi)壁銹蝕等。在高溫、高壓條件下,空氣極易使液體的傳動(dòng)介質(zhì)氧化變質(zhì),生成有害的物質(zhì)和膠狀沉淀物,侵蝕金屬表面,同時(shí),降低了傳動(dòng)介質(zhì)的體積彈性模量,使系統(tǒng)失去剛性和響應(yīng)特性,引起氣蝕現(xiàn)象,產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)和噪聲,造成系統(tǒng)工作不穩(wěn)定。

2.2.2液壓元件內(nèi)部的殘留污染

冶金工業(yè)中,液壓元件常見的殘留污染包括:毛刺、切屑、飛邊、灰塵、土、纖維、砂子、潮氣、管路密封膠、焊渣、油漆和沖洗液等,其潛伏在系統(tǒng)內(nèi)部,對(duì)系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行極易造成嚴(yán)重影響。

2.2.3液壓缸密封件的污染

灰塵顆粒在液壓缸內(nèi)會(huì)加速密封件的損壞,缸筒內(nèi)表面的拉傷,使泄漏增大,推力不足或者動(dòng)作不穩(wěn)定、爬行速度下降,產(chǎn)生異常的聲音。實(shí)踐表明,大多數(shù)液壓缸防塵密封圈很少能夠達(dá)到100%清除粘附在活塞桿表面的薄油膜和精細(xì)污染,造成環(huán)境中的塵土和臟物被帶入液壓缸,并進(jìn)入系統(tǒng),造成污染。

2.2.4冷卻器的污染

如果循環(huán)冷卻水進(jìn)入系統(tǒng),形成乳化液,降低了傳動(dòng)介質(zhì)的潤(rùn)滑和防腐作用,造成系統(tǒng)內(nèi)金屬元件表面腐蝕。同時(shí),水還加速了傳動(dòng)介質(zhì)的氧化變質(zhì)。水與傳動(dòng)介質(zhì)中的某些氧化劑反應(yīng),產(chǎn)生粘性膠質(zhì)物,引起閥芯粘滯和過(guò)濾器堵塞等故障。在實(shí)際生產(chǎn)中,傳動(dòng)介質(zhì)中的水含量超過(guò)0.05%時(shí),對(duì)系統(tǒng)就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的危害作用。

3液壓系統(tǒng)污染平衡原理[2]

在液壓系統(tǒng)中,油液污染度與所采用的過(guò)濾器的過(guò)濾精度及單位時(shí)間侵入系統(tǒng)的污染物數(shù)量有關(guān)。污染源也是多方面的,包括外部侵入和內(nèi)部生成的。因此,要精確分析液壓系統(tǒng)的油液污染狀況與各因素之間的關(guān)系,就需要運(yùn)用液壓系統(tǒng)污染平衡原理。在液壓系統(tǒng)中污染物的外界侵入、內(nèi)部生成與污染物的濾除之間存在著動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題,而達(dá)到這平衡的速度及平衡點(diǎn)的位置取決于污染物侵入數(shù)量、過(guò)濾比、過(guò)濾流量和過(guò)濾精度等參數(shù)。這4個(gè)參數(shù)若能合理選擇、適當(dāng)搭配,就能使油液的清潔度達(dá)到所需要的目標(biāo)值,同時(shí)使液壓系統(tǒng)達(dá)到令人滿意的性能和延長(zhǎng)使用壽命。通過(guò)過(guò)濾器對(duì)液壓油進(jìn)行過(guò)濾,進(jìn)一步對(duì)過(guò)濾器積留污染物種類分析,還可以幫助查找磨損部位,對(duì)故障隱患及時(shí)進(jìn)行處理,防故障于未然。

4液壓系統(tǒng)污染控制技術(shù)

4.1液壓系統(tǒng)內(nèi)部再生污染的控制

控制液壓系統(tǒng)內(nèi)部再生污染的主要技術(shù)包括:使用清潔的傳動(dòng)介質(zhì);在滿足生產(chǎn)工藝的前提下,盡可能降低系統(tǒng)工作壓力,以減小因傳動(dòng)介質(zhì)流動(dòng)而造成的磨損;保持正常的系統(tǒng)溫度;保持系統(tǒng)工作壓力平穩(wěn),以減小壓力波動(dòng)造成的沖擊;選擇適當(dāng)?shù)膫鲃?dòng)介質(zhì)粘度;保證良好的循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng),定期清洗和更換濾芯;對(duì)于比例控制系統(tǒng)和伺服控制系統(tǒng),注意使用穩(wěn)定的工作電流和控制電流七個(gè)方面。

4.2液壓系統(tǒng)外部侵入污染的控制

控制液壓系統(tǒng)外部再生污染的主要技術(shù)包括:盡量減少新傳動(dòng)介質(zhì)的周轉(zhuǎn)途徑;在油箱上安裝通氣過(guò)濾器或氣動(dòng)安全閥,隔離介質(zhì)與大氣的接觸;檢修時(shí),盡可能保證檢修部位清潔,使用沒有纖維屑的凈布或“短襪”式的吸油材料清洗液壓元件和閥臺(tái);禁止觸摸液壓缸的活塞以及活塞桿,防止臟物的粘附和碰撞;嚴(yán)禁冷卻器漏水,避免水與傳動(dòng)介質(zhì)混合;裝配前認(rèn)真沖洗,盡可能達(dá)到高流速和“紊流”,將殘留污染趕出“窩點(diǎn)”和對(duì)于新安裝的或改裝的液壓系統(tǒng),投用前盡可能保證足夠時(shí)間的無(wú)負(fù)荷“跑合”七個(gè)方面。

4.3發(fā)展高精度過(guò)濾技術(shù)

根據(jù)液壓系統(tǒng)污染平衡原理,系統(tǒng)油液的污染度主要取決于系統(tǒng)總的污染侵入率和過(guò)濾凈化能力。因此采用有效的過(guò)濾系統(tǒng),可保持非常高的初始清潔度。為了提高系統(tǒng)工作的可靠性,延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命,重要的一些回路采用高精度過(guò)濾器。高精度過(guò)濾技術(shù)的關(guān)鍵在于過(guò)濾材料,研制開發(fā)高性能的新型過(guò)濾器材料,合理解決過(guò)濾精度、壓力損失和納污容量之間的制約,是提高過(guò)濾性能的關(guān)鍵。近年來(lái),高精度無(wú)機(jī)纖維濾材(絲徑為l～2μm或更小)與較粗纖維搭配,并采取在濾材厚度方向孔徑梯度變化結(jié)構(gòu),顯著提高了濾材的納污容量。此外,不銹鋼粗纖燒結(jié)濾材、特種金屬等耐高溫、耐腐蝕的高強(qiáng)度濾材的采用,擴(kuò)大了過(guò)濾技術(shù)的使用。

4.4實(shí)現(xiàn)全面清潔度控制[3]

“全面清潔度控制(TCC)”,是美國(guó)Pall公司提出的一種類似全面質(zhì)量管理(TQC)的管理程序,旨在從單個(gè)零件的生產(chǎn)到系統(tǒng)開始運(yùn)行以及今后的使用過(guò)程中,降低污染物的發(fā)生率及影響。其內(nèi)容包括了液壓系統(tǒng)的元件制造、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備安裝、沖洗、清潔度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)制定、運(yùn)行過(guò)程中的油液過(guò)濾、油液質(zhì)量管理等硬件和軟件方面內(nèi)容,并實(shí)行全過(guò)程、全系統(tǒng)的管理,如附圖所示。通過(guò)實(shí)現(xiàn)全面清潔度控制可以提高液壓系統(tǒng)防污染的水平。期陰極鋅質(zhì)量大大提高。復(fù)產(chǎn)6天的陰極鋅質(zhì)量如表3所示。從表3可以看出,采取措施后陰極鋅含銅的合格率為83.3%,比原來(lái)提高了72%,陰極鋅含鉛的合格率為100%。

5結(jié)語(yǔ)

陰極鋅質(zhì)量作為鋅電解一項(xiàng)重要的技術(shù)指標(biāo),不管什么時(shí)候提高陰極鋅質(zhì)量都有非常重要的作用。生產(chǎn)實(shí)踐證明,加強(qiáng)停復(fù)產(chǎn)期間的質(zhì)量管理,是提高陰極鋅質(zhì)量和提高電鋅的0#鋅產(chǎn)出率的一項(xiàng)重要措施。