冶金工業液壓污染控制分析

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1前言

液壓傳動技術在18世紀誕生后即得到迅猛發展。今天,液壓傳動設備在各行各業得到廣泛的應用,尤其在冶金行業中顯得更為突出。液壓傳動技術有其不可比擬的優點,這是它得以迅猛發展的主要原因。與此同時,液壓傳動設備又有其脆弱的一面,其中抗污染能力低是突出的弱點。據統計,70%～80%的液壓故障是由于不同程度的傳動介質受污染而引起的。要保證液壓系統正常、可靠地運行,必須要保持系統的清潔。利用液壓污染控制技術,可有效提高液壓元件使用壽命及液壓系統工作的可靠性。

2液壓系統污染的原因與危害

液壓系統污染的原因很多,從污染產生機理來看,可分為液壓介質的污染物,制作、安裝過程中潛伏在系統內部的污染物和系統工作過程中產生的污染三種。結合冶金工業中的實際,產生污染的原因及危害主要有以下幾個方面。

2.1液壓系統內部再生污染產生的原因與危害[1]

2.1.1液壓泵

冶金工業中最常用的液壓泵包括:齒輪泵、葉片泵和軸向柱塞泵。其產生污染的主要原因是由于泵體內機械零件相互磨損產生細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介質的循環流動而充滿整個液壓系統,容易堵塞液壓元件先導部分節流孔,造成液壓泵內泄漏增大,輸出流量降低,甚至造成元件失靈。另外,對液壓元件起到研磨劑的作用,導致系統污染狀況急劇惡化,進而引起液壓泵和液壓閥過早磨損,危及整個系統的工作穩定和使用壽命。對于液壓馬達,容易造成內泄漏增大,輸出轉速降低,嚴重時引起失效而無法工作。

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,最小達到2.5μm。污染物混入系統后會加速液壓閥的磨損、研損,污染物會堵塞液壓閥的節流孔或節流縫隙,破壞或者引起閥的動作失靈或者引起噪聲。傳動介質流經閥芯與臺肩的棱邊時產生沖刷磨損,構成危害系統的再生污染。

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中對污染最為敏感的液壓元件之一。其危害主要表現為:控制誤差增大、響應速度遲緩、輸出不平穩、控制失靈、失去控制特性、檢測曲線出現階梯狀、死區和滯后量增大以及流量比減小等。

2.2液壓系統外部侵入污染的原因與危害

2.2.1新傳動介質的污染

傳動介質在未注入液壓系統之前,由于存儲、運輸過程中經過了管道,傳動介質與管壁發生摩擦,產生金屬顆粒和橡膠顆粒進入液壓系統內部。另外,還有大氣中的水分、灰塵和金屬容器內壁銹蝕等。在高溫、高壓條件下,空氣極易使液體的傳動介質氧化變質,生成有害的物質和膠狀沉淀物,侵蝕金屬表面,同時,降低了傳動介質的體積彈性模量,使系統失去剛性和響應特性,引起氣蝕現象,產生劇烈的振動和噪聲,造成系統工作不穩定。

2.2.2液壓元件內部的殘留污染

冶金工業中,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,其潛伏在系統內部,對系統安全可靠運行極易造成嚴重影響。

2.2.3液壓缸密封件的污染

灰塵顆粒在液壓缸內會加速密封件的損壞,缸筒內表面的拉傷,使泄漏增大,推力不足或者動作不穩定、爬行速度下降,產生異常的聲音。實踐表明,大多數液壓缸防塵密封圈很少能夠達到100%清除粘附在活塞桿表面的薄油膜和精細污染,造成環境中的塵土和臟物被帶入液壓缸,并進入系統,造成污染。

2.2.4冷卻器的污染

如果循環冷卻水進入系統,形成乳化液,降低了傳動介質的潤滑和防腐作用,造成系統內金屬元件表面腐蝕。同時,水還加速了傳動介質的氧化變質。水與傳動介質中的某些氧化劑反應,產生粘性膠質物,引起閥芯粘滯和過濾器堵塞等故障。在實際生產中,傳動介質中的水含量超過0.05%時,對系統就會產生嚴重的危害作用。

3液壓系統污染平衡原理[2]

在液壓系統中,油液污染度與所采用的過濾器的過濾精度及單位時間侵入系統的污染物數量有關。污染源也是多方面的,包括外部侵入和內部生成的。因此,要精確分析液壓系統的油液污染狀況與各因素之間的關系,就需要運用液壓系統污染平衡原理。在液壓系統中污染物的外界侵入、內部生成與污染物的濾除之間存在著動態平衡問題,而達到這平衡的速度及平衡點的位置取決于污染物侵入數量、過濾比、過濾流量和過濾精度等參數。這4個參數若能合理選擇、適當搭配,就能使油液的清潔度達到所需要的目標值,同時使液壓系統達到令人滿意的性能和延長使用壽命。通過過濾器對液壓油進行過濾,進一步對過濾器積留污染物種類分析,還可以幫助查找磨損部位,對故障隱患及時進行處理,防故障于未然。

4液壓系統污染控制技術

4.1液壓系統內部再生污染的控制

控制液壓系統內部再生污染的主要技術包括:使用清潔的傳動介質;在滿足生產工藝的前提下,盡可能降低系統工作壓力,以減小因傳動介質流動而造成的磨損;保持正常的系統溫度;保持系統工作壓力平穩,以減小壓力波動造成的沖擊;選擇適當的傳動介質粘度;保證良好的循環過濾系統,定期清洗和更換濾芯;對于比例控制系統和伺服控制系統,注意使用穩定的工作電流和控制電流七個方面。

4.2液壓系統外部侵入污染的控制

控制液壓系統外部再生污染的主要技術包括:盡量減少新傳動介質的周轉途徑;在油箱上安裝通氣過濾器或氣動安全閥,隔離介質與大氣的接觸;檢修時,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;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;嚴禁冷卻器漏水,避免水與傳動介質混合;裝配前認真沖洗,盡可能達到高流速和“紊流”,將殘留污染趕出“窩點”和對于新安裝的或改裝的液壓系統,投用前盡可能保證足夠時間的無負荷“跑合”七個方面。

4.3發展高精度過濾技術

根據液壓系統污染平衡原理,系統油液的污染度主要取決于系統總的污染侵入率和過濾凈化能力。因此采用有效的過濾系統,可保持非常高的初始清潔度。為了提高系統工作的可靠性,延長設備的使用壽命,重要的一些回路采用高精度過濾器。高精度過濾技術的關鍵在于過濾材料,研制開發高性能的新型過濾器材料,合理解決過濾精度、壓力損失和納污容量之間的制約,是提高過濾性能的關鍵。近年來,高精度無機纖維濾材(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構,顯著提高了濾材的納污容量。此外,不銹鋼粗纖燒結濾材、特種金屬等耐高溫、耐腐蝕的高強度濾材的采用,擴大了過濾技術的使用。

4.4實現全面清潔度控制[3]

“全面清潔度控制(TCC)”,是美國Pall公司提出的一種類似全面質量管理(TQC)的管理程序,旨在從單個零件的生產到系統開始運行以及今后的使用過程中,降低污染物的發生率及影響。其內容包括了液壓系統的元件制造、系統設計、設備安裝、沖洗、清潔度等級標準制定、運行過程中的油液過濾、油液質量管理等硬件和軟件方面內容,并實行全過程、全系統的管理,如附圖所示。通過實現全面清潔度控制可以提高液壓系統防污染的水平。期陰極鋅質量大大提高。復產6天的陰極鋅質量如表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%,比原來提高了72%,陰極鋅含鉛的合格率為100%。

5結語

陰極鋅質量作為鋅電解一項重要的技術指標,不管什么時候提高陰極鋅質量都有非常重要的作用。生產實踐證明,加強停復產期間的質量管理,是提高陰極鋅質量和提高電鋅的0#鋅產出率的一項重要措施。