采煤机液压系统油液污染分析与对策.docx

采煤机液压系统油液污染分析与对策彭秀英 , 陈伦军( 贵州工业大学 机械系 , 贵州 贵阳 550003)摘要 : 分析了采煤机液压系统油液污染的原因 、危害和控制污染的措施 。关键词 : 采煤机 ; 液压系统 ; 污染中图分类号 :t h137 ; td42116文献标识码 :b212系统新侵入污物井下煤尘 、岩尘存在 , 升降油缸的油嘴与供回 油管的接口未达到对接要求或油缸活塞杆的伸出与 缩回时所带入的污物及空气 , 以及人们在检修时混 入的杂物等 。213系统内部生存污物采煤机液压系统在长时连续 、高温高压的工作 过程中不断产生的金属 、密封材料的磨屑颗粒 、过 滤装置脱落的颗粒 、牵引部箱体 (油箱) 及管路的 锈蚀剥落物 , 油液因温度而引起的变质所生成的焦 油 、沥青等胶状物质 。214水污染井下空气潮湿 , 油箱通气孔的潮湿空气冷凝成 水珠滴入油液中或空气通过液压缸活塞杆密封等部 位侵入系统 、油箱内冷却器及冷却水保护回路管接 头可能造成的水泄漏等 , 都可能使液压系统受到水污染作用 。综上分析可知 , 采煤机液压系统污染源可分为 空气 、水 、固体颗粒物 、胶质物等 。问题的提出煤矿井下使用的采煤机械的液压系统 , 因所处 的条件特殊 , 具有许多不同于普通机械液压传动的 特点 。随着采煤机功率的加大 , 反映在液压传动中 ,工作压力愈来愈高 。其次井下作业环境潮湿而又充 满煤岩粉尘 , 对采煤机液压系统污染威胁极大 , 加 之采煤机属井下移动式作业机械 , 受井下空间限 制 , 体积都很紧凑 , 且大负荷连续工作使采煤机液 压系统油温过高 , 而井下通风条件差 , 散热困难等诸多不利因素的客观存在 , 导致了采煤机工作质量 下降 。一旦发生故障 , 井下现场分析处理十分困 难 。国内外资料统计表明 , 液压系统的故障大约近70 %是系统油液污染所致 。在国外液压油的污染与 控制已成为一门新型的学科专业 , 在我国液压油污染控制已逐步被人们所重视 。1液压系统中油液的污染源2油液被污染的危害油液污染严重 , 使系统性能恶化 , 产生危害 。311气穴危害据国外文献报导 , 在常压下空气在油中溶解度 约为 9 % , 对液压油的物理性能没有直接影响 。当 压力低于大气压时 , 就成为过饱和状态 , 如果压力继续降低到某一值 , 过饱和的空气将从油液中迅速 分离析出而产生气泡 。此外 , 当油液中某一点处的压力低于当时温度3液压油污染的来源很多 ,几方面 :211系统固有污染物归纳起来可分为以下主要指液压阀 、液压泵 、液压马达 、调高液压缸 、管路 、采煤机油箱 (即牵引部箱体) 等零部件 在加工 、装配 、储存 、运输等过程中残留的型砂 、切屑 、毛刺 、磨料 、锈片 、灰尘等污染物 。随着液 压系统的启动运行 , 这些污物必然随油液遍及整个 采煤机的液压系统 。50煤 炭 科 学 技 术第 29 卷第 3 期2001 年 3 月下的蒸气压力时 , 油液将沸腾气化 , 产生气穴使原来充满在管道或元件中的油液成为不连续状态 , 这 种现象称为气穴现象 。气穴现象产生的气泡数量和速度 , 主要取决于 液压油的品种和当时的压力 , 据此可分为轻微气穴 、严重气穴和激烈气穴 3 种情况 。除轻微气穴 外 , 后两者都会给液压系统带来危害 。主要形式 有 :31111产生噪声和冲击 当气泡随着液流进入高压区时 , 在高压作用下迅速破裂或急剧缩小 , 又凝结成液体 , 原来气泡所 占据的空间形成了局部真空 , 周围液体质点以极高 速度来填补这一空间 , 质点间相互碰撞而产生局部 高压 , 形成液压冲击 。31112 气蚀作用损坏元件座上 , 就会影响阀芯的正常工作过程 , 引起系统动作紊乱出现瞬时失常 。313 油温危害液压系统在运行中 , 液压油与液压元件之间发 生摩擦 。据有关文献报道 , 液压油通过节流阀时 ,温升可达 9 , 通过柱塞泵的缝隙漏出的油温温升 可达 18 , 油液内部摩擦也会使油温升高 。采煤机牵引部的液压系统基本上是以闭式系统 为主 , 虽然系统中考虑了热交换回路 , 但采煤机牵 引部的箱体就是其液压系统的油箱 。油箱功能之一有散热作用 , 由于受井下空间的限制 , 机箱几何尺 寸十分有限 , 闭式系统油液经过工作循环后又直接 到了油泵口 , 继续进行工作循环 , 使温度不断升 高 , 将造成如下不利结果 :31311 粘度下降粘度下降使泄漏显著增加 , 泵及整个系统效率 也显著下降 。再则使滑动部位油膜破坏 、摩擦阻力 增大 、磨损加剧 , 引起发热 , 使温升进一步加剧 。 而且油液流过节流元件时 , 元件流量特性可能发生 变化 , 造成压力速度调节不稳定 。31312 元件热膨胀油温过高引起元件热膨胀 , 特别是液压阀中的 阀芯在高温下体积增大使运动副间隙变小 , 严重时 会卡阀产生故障 , 使橡胶密封件 、软管等早期老 化 、失效 、降低寿命 。31313 氧化加剧石油基油液形成胶状物质 , 并在过热的元件表 面上形成沉积物 , 容易堵塞各种控制小孔 , 使系统 不能正常工作 。314 水污染危害由于油和水的亲和作用 , 几乎所有的矿物油都 具有不同程度的吸水性 。油液的吸水能力取决于基 础油的性质 、所加添加剂以及温度等 。当油液中的 含水量在饱和度以下时 , 水以溶解状态存在于油液 中 , 当含水量超过饱和度时 , 过量的水则以水珠状态悬浮于油液中或以自由状态沉积在油液底部或浮 于油液表面 , 自由状态的水在系统中经过激烈的搅 动往往形成乳化液 , 很难从油液中分离出来 。水是油液中一种很有害的污染物 , 对液压系统 的主要危害是 :(1) 水和油液中的金属硫化物和氯化物 ( 来自 某些添加剂) 作 用 产 生 酸 性 物 质 , 对 元 件 产 生 腐 蚀 。51气穴对金属材料表面的侵蚀 ,称为气蚀 。气穴产生的气泡在元件金属边壁附近溃灭时 , 周围的油以很高的速度涌向溃灭中心 , 对元件壁面产生较大 的局部冲击力 , 瞬间压力可高达数百个大气压 , 而反复剧烈冲击会引起元件疲劳破损 ,腐蚀和剥离脱落 。31113油质恶化典型的破损为气穴现象产生的气泡溃灭时近似于绝对压缩状态 , 伴随出现局部高温 , 使液压油产生游离碳酸质 和胶质沉淀物 , 出现化学不稳定状态 。312固体颗粒危害固定颗粒引起液压系统的故障 ,大约占液压系统油液污染故障的 70 % 。固体的金属屑尘充当了研磨剂的作用 , 它加速了元件配合面的磨损 , 破坏 了密封 , 从而引起系统工作失效 。根据固体颗粒污染物大小 、作用时效 ,为 3 种 。31211突然失效系统典型的失效形式可归纳当液压系统中颗粒污染物超过 100 m 时 ,会妨碍元件表面的相对运动 、堵塞元件构成的通流关系 , 导致系统突然失效 。31212退化失效 当液压系统中微粒污染物进入到元件的运动间隙 , 破坏运动油膜和元件表面的相互作用 , 从轻微形式的疲劳磨损到微粒料的研磨磨损 ,能逐渐降低 , 直至失效 。31213瞬时失常液压系统性当液压系统中的颗粒污染物 ,如瞬间吸附在阀煤 炭 科 学 技 术第 29 卷第 3 期2001 年 3 月(2) 水与油液中某些添加剂作用产生沉淀物和胶质等有害物质 , 加速油液变质 。差 , 必须用过滤器和冷却器来进行弥补 。(1) 必须严格按液压系统和元件过滤精度要求 使用过滤器 , 不允许用粗过滤代替精过滤 , 执行清 洗过滤器制度 。(2) 在油箱容积受限制和闭式系统这 2 个特点 融为一体时 , 冷却器的工作品质尤为重要 。虽然有 些采煤机上安装了油温保护装置 , 当系统温度达70 的时候 , 温度传感器会发出信号 , 采煤机停 止工作 , 但如采煤机经常不正常工作 , 从经济角度 考虑是极不合理的 。413 防水污染措施(1) 液压缸缸盖处的防尘圈在使用中一定注意 定期检查 , 一旦损坏 , 应立即更换 。(2) 油箱通气孔应考虑采用纸质滤芯的空气过 滤器 , 以过滤空气中的水分 , 并定期对滤芯进行更换 。(3) 在安装 、维修中 , 应严格保证冷却器及冷 却水保护回路各连接处的连接要求 , 不允许有漏 水 、渗水现象 。(4) 在油液中加入适量的破乳化剂 , 使水与油 不易混合形成乳化液 。(3)使油液乳化 , 破坏润滑油膜 ,降低润滑性能 。(4)在高温条件下工作 ,水易气化而产生气蚀和气阻 。降低和控制污物措施降低和控制液压系统污染物 ,4需要从液压设备设计制造 、加工 、安装 、运行 、维护等方面入手 ,通过对污物控制措施 , 使液压系统的污染程度保持 在系统关键元件的污染耐受度之内 , 从而达到了合理平衡 , 以保证系统元件工作可靠 ,理 。411从设计角度看运行经济合降低油液污染最有效方式是从设计液压系统入手 。但采煤机受井下空间制约 , 导致了牵引部箱体 既是液压系统元件的安放地 , 又是系统的油箱 , 因 而在设计上必须认真考虑油箱容积量值 、泵的吸油 口与系统回油口之间的距离 、吸油过滤器和空气过滤器的安放位置 。412 从使用维护上看结语5应从两方面考虑 ,一是防止污物侵入系统 ,二是对系统油液进行过滤净化处理 。41211防新入侵污染物措施 煤矿井下潮湿粉尘多 , 在换油和补油时 ,受井下条件制约 , 采煤机液压系统与普通机械液压系统不同 , 具有其特殊性 。就系统而言 , 固体 污染 、杂物沉淀 、油液温升控制都只能有别于一般液压系统处理方式 。现场对油液的使用 、维护 、工况监测 、管理尤为重要 , 我们追求的目标是使采煤 机液压系统污染程度保持在系统关键元件的污染耐 受度之内 。水分和粉尘矿物 、岩石的碎屑易进入油箱 , 因而要做到 :(1) 停止生产进行检修时 , 补油前必须把加油 口附近的水和粉尘处理干净 。(2) 加油时应使 用 专 用 的 带 过 滤 器 的 注 油 工 具 , 从规定的加油口加油 。(3) 井下不允许随意打开油箱盖 , 在非打开不 可时 , 必须在油箱上方支起篷盖 , 以防污物落入 。(4) 在采煤机实施大修时 , 对元件和整个系统 进行清洗 , 特别是泵 、阀 、缸 、马达等元件壳体内 的型砂 、毛刺务必清除 。(5) 更换所需外购件 , 在运输和保管过程中需 注意密封 , 防止污物侵入 。41212严格过滤和冷却措施采煤机液压系统油箱的沉淀杂质和散热功能较参考文献 :林济猷. 液压油概论 m . 北京 : 煤炭工业