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矿用汽车液压系统污染控制

文章出处:威海戥同测试设备有限公司 人气:发表时间:2009-12-09
 摘  要:在工作条件恶劣的露天矿所用的大型运输设备的液压系统污染控制的方法是本文的研究课题。本文首先通过现场设备跟踪试验分析了液压系统污染源及种类,根据污染源制定切实可行的污染控制方案,建立了一整套液压油监测体系,制定了视情换油、污染控制等级、故障诊断的参考标准,并利用这些结论指导现场实践。
    关键词:矿用汽车 液压系统 污染 控制

    1 问题的提出
       霍林河露天煤矿是一座年产1000万吨的大型煤矿,所使用的运输设备多为大吨位、大功率设备。液压系统是这些设备的关键系统之一,主要实现转向、举升、制动三大功能,系统压力高,作业环境恶劣。如果对液压系统保养维护不良,会使液压元件使用寿命下降,轻则造成停机停产,重则发生机械事故,造成大的经济损失。
       近两年来,我矿新引进的SF31904自卸车因为液压系统的污染造成双联泵磨损失效14台,卸荷阀连续损坏达9只;原有的HD680自卸车连续损坏齿轮泵12台,总损失近90万元。作者首先考察了解到本矿设备液压系统用油的污染很严重,甚至液压系统最低的清洁度要求都没有达到,而且在思想上没有引起重视。因而提出了对设备液压系统污染度进行控制的思想,以期通过制定一整套液压控制体系来控制设备液压系统的污染使其满足使用的要求,降低故障率,节约检修成本,减少油液的使用量从而降低运行成本。
       本课题现实意义非常巨大,霍林河露天煤矿为此项目而成立了研究小组,投入科研经费6万元,并购置了近40万元的专用设备来加快项目研究和成果转化。
   2  霍林河露天矿设备液压系统中污染物的种类及元件失效形式
      2.1 液压系统中污染物的种类
         霍林河露天矿地处干燥多风沙地区,年降雨量少,空气粉尘含量大。经过我们的研究,设备液压系统中污染物最主要的是以微小的固体颗粒形式出现的颗粒污染物,此外还有水、空气,但污染作用极不明显。液压系统中污染物的来源主要是侵入、生成及制造、检修装配时未清除干净的残余物。
         下面对研究中发现的矿用运输设备液压系统的主要污染物做详细分析。液压系统污染物按物理状态来分类,有固态、气态和液态三种。固体污染物通常以微粒状态出现,通称为“粒子”。气体污染物可以溶解于液体中,或以气泡的形式夹杂在液体中。液体污染物根据它的重度和它与主液体的可溶性,可以是游离状态、溶解于主液体或使主液体成为乳状液。
       2.1.1固体颗粒污染
           这种污染物是以微小的固体颗粒形式出现的颗粒污染物,主要是细小沙粒和磨屑,它是设备液压系统中最普遍的污染物类型。小松车液压油箱内的颗粒污染物如图1所示。

 

图HD680液压油箱内的颗粒污染物

    2.1.2 空气污染
        混入液压油中的空气如同颗粒污染物一样,将对系统产生十分有害的影响。只要空气保持溶解于液体之中,就不会影响液压系统的工作。若以气泡或气穴形式夹杂于液体中,就会产生气蚀、噪音等不良作用。
    2.1.3 水污染
        水在矿物油基液压油中产生的问题,比大多数人所意识到的要严重得多。游离水可以作为沉淀物出现或使液压油成为乳状液。矿物油基液压油中的水会产生氧化物和各种沉淀残渣。在液压系统中最明显的结果是对元件表面产生腐蚀或锈斑,从而促使元件表面产生进一步的腐蚀和加剧对整个系统的污染。
    2.2 液压系统的失效形式
        据作者对设备液压系统故障的统计,由于污染引起的故障占首位,其次是磨损、密封装置老化、内外泄漏等。
     2.3 典型元件失效分析
        各种失效的液压原件如图2所示。
        对于泵类元件,污染颗粒使泵的相对运动部件,如柱塞泵中的柱塞和缸孔,滑履和斜盘,叶片泵中的叶片和叶片槽,转子端面和配油盘,齿轮泵中的齿轮端面和侧板,齿轮和壳体等零件磨损。
        对于阀类元件,污染颗粒会加速滑动面和控制孔口的磨损,堵塞节流孔或阻尼孔,从而使阀的性能变坏或动作失灵。

        对于液压缸,污染颗粒加速密封件的磨损,使泄漏量增大。污染颗粒会造成轴承和轴颈的严重磨损。使摩擦阻力增加并导致旋转部件的不平衡,最终使轴承和轴失效。

   3  设备的跟踪监测试验与结论
         霍林河露天煤矿现在共有运输设备45台。根据实际情况,选择了液压系统非常复杂且关键的HD680车5台、SF31904型108T车5台和75B型车2台作为重点跟踪设备,从对这些设备的跟踪结果来对设备的污染度控制方法进行分析、归纳,最后提出适合矿山现场实施的污染控制体系。
      3.1  分析技术
         在做研究的过程中,我们主要使用光谱分析技术、铁谱分析技术、理化分析、污染度检测四项油质检测技术。
      3.2 油液分析流程
         油液分析流程图见图3。

图3 油液分析方法流程

    3.3  跟踪监测数据
        下表列出的是具有代表性的监测数据,重点对两个品种的液压油的使用过程中油质变化及油液的污染情况进行了跟踪监测。举例如表1、表2、表3。
表1 新液压油理化数据
 
 
 
 
        从研究得到的跟踪数据分析可知:新油的污染度能够满足设备的使用要求,可以直接加入到设备中(在不被二次污染的情况下);液压油中金属大颗粒出现,主要由异常磨损产生的; 液压油使用超过2000小时,油质没问 题,埃索的液压油在使用周期2000小时内油质正常(可继续延长),特力液压油在2000小时使用周期内油质也正常。从分析数据看,液压油的水污染较轻,气蚀的现象较少。这就说明我们所使用的设备液压系统的污染来源是环境污染和液压系统本身,而设备本身产生的机械杂质主要是由于液压系统污染后使设备磨损产生的。
3.4  试验结论
1) 设备液压系统固体颗粒污染的来源是环境污染和设备本身产生的机械杂质。
                      2)油液失效的原因是污染严重造成。油液污染度超12级,设备磨损加剧,因此设备的污染度应控制在12级内。
                      3)设备运行2000小时,油质正常,油品使用时间可继续延长,但为了保护设备,液压油的使用时间应由原来的1200小时延长到2000小时。通过统计分析的液压油的换油指标见表4, 指标中有一项超限就应换油。
表4  液压系统换油指标
项目名称 临界值
运动粘度mm2/s 39.94-48.82
酸值增加, 不大于 0.3
水分%,不大于 0.1
                     4)  利用铁谱分析技术和光谱分析技术不但能够分析液压系统中的污染, 同时能够对设备液压系统进行故障诊断,从试验中得液压系统故障诊断的参考标准见表5。如果分析结果大于参考值,应停机检查可能发生故障的部位,主要是液压泵和液压缸。
表5 液压系统故障诊断参考标准
元素名称 参考标准值(ppm)
Fe 100
Cu 40
Si 20
 
4      生产设备液压系统污染控制方案
         从上面的分析得,要控制液压系统的污染,就应该对液压系统的整个寿命周期进行控制,控制固体颗粒的污染即环境污染。为了实现这一目的,我们购买了性能较好的滤油设备,用油液分析技术来监测油液的污染,污染超过一定的值时,就通过滤油设备进行净化,油品可继续使用,这样延长油品的使用寿命。控制方案流程见图4。
 
       4.1 液压油污染控制方案
          设备液压系统污染控制要在设备保养、检修、使用三个阶段实行各有侧重的污染控制方法,这些方法汇集在一起就构成了对矿用设备液压系统污染进行有效控制的整体方案。方案如下:
               1) 设备加油:加油时要用干净的油管连接油桶和油箱,或通过滤油设备加油。
               2) 油液监测: 每隔300小时取样一次,进行污染度、机械杂质、有无大颗粒、磨损是否正常、理化指标等分析。如有异常应加密跟踪, 150小时检测一次。期间应根据情况及时出具分析报告。
               3) 如果污染度超过NAS12级时,向设备维修部门出具污染度检测报告,有关单位接到报告后,组织实施滤油,更换过滤器。继续跟踪。
               4) 油品运行到2000小时,出具换油报告有关单位接到报告后,组织实施,清洗液压系统,更换过滤器,给设备加油。实施下个周期的跟踪监测与控制。
               5) 处理较大的液压系统故障后,应使系统短时间运转,对液压油进行过滤,反复进行两次以上。
       4.2  液压油净化
               液压油是设备的使用过程中用量最大的附属油,如果能够实现低成本净化,油品的寿命将大大延长,同时延长设备的使用寿命,降低设备故障率,经济效益非常可观。
               研究中所使用的净油机是山东威海戥同测试设备有限公司生产的GHP70P型净油机。该净油机采用的是离心力的原理,能够分离油液中的固体颗粒,水和空气等。其最大的特点是不消耗滤材,这样免去了相当大的滤材投入,使各种污染严重的油液都可得到方便的净化。过滤前后污染度情况如表6所示
表(六) H006液压油两次过滤试验污染度数据
油品状态 等级(NAS)
过滤以前 超12级
一次过滤后 12级
二次过滤后 10级
 
   4     总结
              1)    通过现场设备跟踪监测的实验方法得到设备液压系统污染控制的方案,实现生产设备液压系统的污染控制,降低设备液压系统的故障率,延长设备的使用寿命。
              2)制定了运输设备液压系统污染控制临界值, 视情换油警戒值和故障诊断参考标准等。
              3)提出了液压油污染净化的方法。实践证明,对液压油的适当过滤不仅大大地减少系统故障率,还可减少因污染而造成的换油,延长油品使用寿命,使设备由原来1200小时换油延长至2000小时,而且液压油状况更好。只此一项可为霍林河露天矿每年减少用油成本20万元。

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