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提高坑道钻机液压系统可靠性方法浅析

随着现代液压技术的应用和发展, 液压系统的可靠性和元件寿命问题显得更为突出和重要。而直接造成系统可靠性降低和元件寿命缩短的原因就是油液污染, 国内外资料表明, 液压系统的故障大约有 70%是由于油液污染造成的。坑道钻机液压系统主要由油箱、油箱附件、液压阀、油路板、液压缸、液压泵及马达组成。煤矿坑道钻机由于其所使用的环境较一般液压机械恶劣得多, 井下灰尘、水气等污染物的入侵, 使得坑道钻机液压系统的故障时而发生。据统计, 煤炭科学西安研究院钻机由污染造成的液压元件和系统故障占整机总反馈的 70% ~ 80%。如何降低污染对钻机液压系统的影响, 提高钻机整体性能的可靠性, 具有十分现实的意义。
2、污染分析
2.1污染物的来源
在液压系统的工作油液中, 凡是油液成分以外的任何物质都认为是污染物。液压系统中有多种污染物, 最主要的是固体颗粒, 其次还有水、空气、化学物质、微生物和污染能量。主要来源有以下几个方面:
1) 系统内原来残留的污染物: 系统在加工、装配、包装、储藏和运输过程中残留的污染物, 比如加工残留毛刺、金属切屑、焊渣等。
2) 系统运转过程中生成的污染物: 如元件磨损产生的固体颗粒, 腐蚀产生的颗粒物及油液氧化分解产生的有害化合物。
3) 系统工作过程中从外界入侵的污染物: 如通过油箱呼吸孔和液压缸活塞密封处从外界侵入的各种污染物, 及注油和维修过程中带入的污染物。
2.2污染物的危害
液压系统受到污染后, 引起设备发生各种故障, 危害如下:
1) 元件的污染磨损: 固体颗粒物进入运动副间隙内,对零件表面产生切削磨损或疲劳磨损。高速液流中的固体颗粒物对零件表面的冲击引起的冲蚀磨损。
2) 元件的堵塞和卡紧故障: 固体颗粒物堵塞液压阀的间隙和孔口, 引起阀芯的阻滞和卡紧, 影响阀的工作性能,甚至导致动作失灵, 造成系统故障。
3) 加速油液的性能劣化: 液压系统油液的污染还会导致油液本身物理化学性能的劣化。侵入油液中的空气会降低油液的体积弹性模量, 使系统响应缓慢和失去刚度, 引起气穴和汽蚀, 引起压力冲击、振动和噪声, 加速油液变质, 降低油液润滑性。油液中的水会腐蚀金属零件, 加速油液氧化变质, 而油液中的金属微粒对油液氧化起着重要的催化作用。试验表明, 当油液中同时存在金属颗粒和水时, 油液的氧化速度急剧增快, 铁和铜的催化作用使油液氧化速度分别增加 10倍和 30倍。
3、染控制措施
液压元件的工作寿命和可靠性主要在于元件的污染耐受度。工作液和颗粒污染物的性质对它也有直接影响, 表示它们之间的关系。针对不同的污染物来源采取不同的控制措施, 液压系
统污染控制的目的是通过污染控制措施使系统油液的污染度与元件的污染耐受度达到合理平衡, 既要确保元件的寿命和可靠性又要降低为提高系统清洁度而增加的成本。为了有效控制液压系统的污染, 污染控制措施主要有以下几个方面:
1) 对元件和系统进行清洗, 清除加工和组装过程中的残留污染物。
2) 采取防止污染物侵入系统的措施, 控制从外界侵入的污染物。
3) 在液压系统中采用高效能的滤油器, 在工作过程中
不断滤除内部产生的和外界侵入的污染物。由煤炭科学研究总院西安研究院研制开发的 ZDY 系列履带钻机上采用了大量国外最先进的液压元件, 这些液压元件在持续运行过程中, 应使用滤油器过滤工作油液, 保持油液污染度不超过 ISO17/14, 约相当于 NAS1638的 8级。
据资料表明,1984年对煤矿井下部分采煤机液压系统油液污染度进行的测试, 结果污染度均超过 NAS16级 ( 25/23)。可见, 煤矿井下的恶劣的工况, 对钻机液压系统的影响是不能忽视的。为了使钻机更好地适应煤矿井下的特殊环境, 提高钻机液压系统可靠性, 从钻机的设计、生产、维修各个环节都能充分考虑污染对钻机液压系统性能的影响。根据污染控制措施, 在钻机液压系统污染控制方面采取了以下措施:
3.1液压系统油箱清洁度控制
煤矿坑道钻机液压系统中, 油箱、邮箱附件及管路污染是导致液压系统故障的主要来源。通常油箱、油箱附件、管路、集成块等非标结构件污染物较多, 且不容易清洗,对液压系统造成的危害最为严重。综合分析造成钻机污染的各种原因, 在油箱的设计和加工过程中提出了新的设计理念和加工工艺方法。
3.1.1油箱的设计
老式分体式钻机油箱采用单一纸式滤油器 ,而新式履带钻机分别采用了容量更大的滤油器和磁性滤油器 。考虑到煤矿井下大量的煤尘入侵液压系统,普通滤油器不能满足对污染物的容纳, 选用了更大容量的滤油器。钻机在工作过程中由于齿轮摩擦产生大量的铁屑,配油套与主轴之间的磨损产生大量的铜屑。为了避免这些固体颗粒堵塞和卡紧液压元件, 并由此产生对油液的催化作用, 在液压系统中第一次使用了磁性滤油器。
目前普遍采用的油箱都是通过呼吸孔与外界大气相通,当油箱内液面下降时外界空气被吸入油箱, 这样不可避免地带入大气中的尘埃和湿气, 使系统油液受到污染。在油箱呼吸孔处装设空气滤清器可以有效防止外界污染物的侵入。空气滤清器有金属网式和纤维滤材式等形式。在选用空气滤清器时, 其过滤精度一般应不低于系统中的精滤油器, 对于一般液压系统可选用 5~ 20Lm。在老式分体式钻机中, 使用的是 EF4- 50空气滤清器, 其空气过滤精度01105mm, 油的过滤精度 125Lm。新型履带钻机采用 QUQ系列空气 滤清器, 其过滤 精度 0104mm, 油的过 滤精度125Lm。液压系统油液中的水分主要来自油箱吸入的潮湿空气,因此在油箱设计中为油箱呼吸孔安装带干燥器的空气滤清器。对于油箱内悬浮在油液中的气泡, 在进入液压泵吸油口前可通过滤网去除, 除气效率与滤网的网孔大小、布置角度以及油液通过滤网的速度有关。滤网目数一般在 60目以上, 目数愈高, 除气效率愈高。滤网倾角 20b时除气效果最佳。在履带钻机的设计中放置了专门用于过滤空气的过滤网, 用于过滤油液中的气泡, 效果明显。经过改进后的油箱, 发现油箱底部出现铁屑和吸油口滤油器堵塞的现象明显减少。
3.1.2油箱的加工工艺
油箱不同于一般构件, 既要在加工过程中提高零件的清洁度, 而且还要避免二次污染。制定以下工艺流程: 部件焊接打磨试漏部件喷沙清理焊渣第一次清洗喷防锈漆装配前二次清洗。
3.1.3液压系统管路与接头
经过改进后的履带钻机管路系统均采用锥面密封, 钻机搬迁时不需要拆卸管路, 代替老式钻机的 / O0 型密封圈的端面密封。该密封形式能极大程度的减少由于高压导致密封圈损坏发生的频率, 降低外界污染物对系统的侵害。
3.2元件和系统的清洗控制
液压元件在经过加工、装配或维修等每一个工艺环节后都不可避免地残留污染物, 因而必须采取有效的净化措施, 使元件达到符合要求的清洁度。清洁度不符合要求的元件装入系统后, 在液流冲刷和机械振动等作用下, 元件内部固有的污染物释放到油液中, 使系统受到污染。元件在装配完成后需要进行最后的清洗, 以达到产品出厂清洁度的要求。用流通法对钻机的液压系统进行清洗, 所谓流通法就是通过液流对元件内部残留污染物的冲刷作用, 使污染物从附着表面脱离并释放出来。为获得最佳的效果,应采用低粘度油液, 并尽可能提高液流速度和适当增高油液温度, 以保证液流充分的紊流状态。对此采用专门的清洗机, 选用 22号 L- HL或 L - HM 液压油进行清洗。在清洗过程中, 使系统中的各个元件动作, 以便将污染物从各个元件中清洗出来, 并用铜锤敲打焊口和连接部位。
4、结论
笔者对引起煤矿坑道钻机液压系统污染各种原因进行分析, 对原有钻机污染控制方面的漏洞进行了完善和补充。经过改型后的新型履带钻机在现场使用过程由于污染导致的系统故障大幅度降低, 油液的使用寿命增大, 液压系统可靠性有了明显提高。