冶金机械液压污染的原因与控制方法研究

冶金机械液压污染的原因与控制方法研究

李立志

天津钢管制造有限公司，天津 300300

摘要：冶金机械液压系统易受污染，影响设备可靠性。本文以冶金机械液压系统为研究对象，从外界污染侵入阻断、系统内在污染抑制两方面提出针对性的措施。针对污染监测预警、过滤净化等关键技术进行创新研究。并结合某热轧机液压系统案例，论证了方法的可行性和有效性。研究成果可为冶金机械液压系统污染防控提供新思路与技术支撑。

关键词：冶金机械；液压系统；污染控制；密封优化；过滤净化

引言

液压传动以其高功率密度、灵活控制等优点，在冶金机械上得到广泛应用。然而，冶金机械面临高温、重载、多尘等恶劣工况，液压系统易受污染，导致元件磨损、油液劣化，引发故障，影响设备可靠性和生产效率。因此，开展冶金机械液压系统污染成因分析与控制对策研究，对于提升装备运行可靠性，推动行业技术进步具有重要意义。

一、冶金机械液压系统污染来源剖析

1.1 外界污染物侵入途径的识别与阻断

冶金机械液压系统在恶劣的工况环境中运行，不可避免地会受到外界污染物的侵入。这些污染物主要包括设备周围环境中的粉尘颗粒、金属碎屑、水汽等。其侵入途径多样，值得关注。首先，液压缸活塞杆在往复运动过程中，如密封不严，会将杆外附着的污染物带入缸内，污染液压油。其次，设备检修、维护时，拆装零部件和更换管路，工具和材料也可能携带污染物进入系统。再者，液压油箱上的呼吸器在平衡油箱内外压力差时，会将空气中的尘埃吸入油箱。此外，由于冶金机械体型庞大，管路布局复杂，一些管路和部件暴露在污染环境中，长期受粉尘、水汽的侵蚀，也会成为污染物进入系统的通道。裸露的管路接头处，因振动和冲击导致的微量泄漏，也是污染物侵入的薄弱点。深入分析发现，影响污染物侵入的因素还包括液压系统自身的设计缺陷，如缸筒密封型面加工精度不足、密封圈材料选型不当等，都会降低密封性能，加剧污染。

1.2 系统内在污染机理的探究与抑制

冶金机械液压系统在高温、高压、重载、频繁启停等苛刻工况下运行，油液流动剧烈，部件承受交变应力，极易产生内在污染。首先，液压泵、液压马达、液压缸等元件精密配合，在高压下相互运动，接触面不可避免地会产生微观磨损，尤其是在边界润滑或混合润滑状态下。磨损产生的金属碎屑、磨粒会随油液循环，对偶件形成进一步的磨损，形成恶性循环。其次，冶金机械液压系统通常采用矿物油基液压油，在高温环境下油液易发生氧化劣化。油品在剪切、挤压等复杂流动状态下，分子链断裂，抗氧化添加剂失效，导致油液氧化加速，生成胶质、油泥等污染物。这些软性污染物不仅影响油液流动性，堵塞狭窄流道，还会在控制阀、节流阀等精密部件上沉积，引起卡滞和失灵。此外，长期高温使润滑脂基础油挥发，增稠剂结构破坏，导致润滑脂硬化、脱落，形成颗粒污染物。润滑失效导致的密封失效，又会加剧磨损污染和油液污染。最后，系统振动、脉动、多向载荷等因素，会加剧摩擦副、密封处的疲劳损伤，产生裂纹，加速表面材料的剥落。管路老化释放出的腐蚀产物，也会成为污染源。

二、液压系统污染防控关键技术创新

2.1 智能污染监测与预警系统开发

冶金机械液压系统的污染控制，传统上主要依赖定期的油液取样分析和部件目检，难以实时掌握系统污染状态，对隐患的预警和处理滞后，导致设备意外停机和产能损失。而智能污染监测与预警系统的开发应用，可望从根本上解决这一问题。第一，智能污染监测与预警系统的核心是传感器技术与数据分析技术的融合应用。系统通过在液压系统各关键点布设颗粒度传感器、温度传感器、压力传感器、流量计等，实时采集油液污染度、油温、系统压力、流量等参数信息，全面反映液压系统的实时工况。这些海量的实时数据，通过工业以太网或工业总线等通信方式，高速传输到监控分析平台。第二，监控平台采用大数据分析技术和机器学习算法，对实时和历史数据进行智能处理。通过对污染度数据的趋势分析和阈值判断，建立污染度阈值预警和异常诊断模型。当污染度超过设定阈值或出现异常波动时，系统向维护人员发出预警，提示潜在的危险。同时，机器学习算法通过对海量历史数据的学习，可建立设备健康状态评估和剩余寿命预测模型，实现设备状态的智能诊断和预测性维护，避免事故发生。第三，智能污染监测与预警系统还应具备数据可视化、远程监控、自诊断等功能，便于维护人员直观了解设备状态，远程指导现场操作，提高人机交互的友好性。系统自身也应具备故障自诊断和容错能力，确保监测数据的可靠性和连续性。

2.2 高效精密过滤与油液净化技术研究

传统的过滤装置在去除微小颗粒和化学污染物方面存在局限性，难以满足日益苛刻的液压系统洁净度要求。因此，亟需开展新型过滤材料和结构、油液净化方法等方面的研究，突破关键技术瓶颈。一来，在过滤材料方面，纳米纤维以其独特的微观结构和表面特性，展现出诱人的应用前景。纳米纤维过滤材料具有孔径分布均匀、孔隙率高、比表面积大等优点，可捕获液压油中的纳米级颗粒，实现深度过滤。同时，其优异的渗透性能可降低过滤器的流动阻力，减少能量损耗。但纳米纤维过滤材料在力学强度、耐高温等方面还有待提高，需要通过材料改性、复合等手段予以解决。二来，过滤器结构创新也是研究重点。传统过滤器多采用单一的表面过滤或深度过滤结构，存在截留精度不足或堵塞频繁等问题。而采用梯度多层结构的复合滤芯，可发挥粗、精、超精过滤的组合优势，在延长使用寿命的同时，最大限度地截留各种尺寸的污染物。复合滤芯的关键在于不同层之间孔径和材料的优化匹配，既要确保过滤精度，又要兼顾通流能力。三来，在线油液净化技术是对精密过滤的有益补充。旁路式在线净化装置不影响主回路运行，可连续去除油液中的颗粒杂质、水分、气泡等污染物，延缓油液劣化。净化装置集成了多级精密过滤、离心分离、真空脱气、加热除水等多种功能，可根据污染情况灵活调配。

三、某项目液压污染控制方法应用案例分析

某钢厂2250mm热轧机的液压AGC系统是一个典型的冶金机械液压应用案例。该系统由8台大型液压缸组成，承担着轧辊间隙的精确控制任务。然而，恶劣的工作环境使其极易受到污染侵袭，严重时会导致系统失效，影响产品质量和生产效率。面对这一棘手问题，项目团队开展了系统的污染状况监测和分析，并据此制定了综合污染控制方案。方案首先从油液品质入手，更换高品质抗磨液压油，提升油液的清洁度和抗污染能力。同时，引入智能污染监测仪，实时监控油液污染度、温度、流量等关键参数，为污染预警和维护决策提供依据。在过滤方面，针对系统的薄弱环节，如液压缸、伺服阀等，增设高精度过滤器，并制定定期滤芯更换计划。考虑到环境因素的影响，优化了缸筒、油箱等部件的密封结构，大幅提高了防尘防水性能。此外，项目团队还建立了油液定期取样分析制度，通过对污染度、理化指标的长期跟踪，掌握污染演变规律，指导预防性维护。在方案实施后，AGC系统的运行质量和稳定性显著提升，故障率大幅下降，每年可节约数百万元的维修成本。这一成功案例生动地展现了前文所述污染控制理论与方法的实际应用价值，为同类冶金机械液压系统的污染防治提供了可资借鉴的经验。

结束语

冶金机械液压系统污染控制是一项复杂的系统工程，需要从设计、制造、使用、维护等多个环节入手，采取综合防控措施。未来，还需进一步深化智能监测、材料结构创新等方面的研究，并充分利用物联网、大数据等新技术，建立全生命周期污染管控体系，不断推动冶金机械液压系统污染控制技术的进步，为行业高质量发展提供有力支撑。

参考文献

[1]吴雨伦.冶金机械节能与绿色设计研究[J].冶金与材料，2024，44(05):154-156.