关于掘进机液压油的污染管理及控制的研究.pdf

液 , E K气 动 与 密 I ／2 01 5年 第 0 4期 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ． i s s n - 1 0 0 8 - 0 8 1 3 ． 2 0 1 5 ． 0 4 ． 0 2 5 关于掘进机液压油的污染管理及控制的研究 耿风 肖 石家庄煤矿机械有限责任公司， 河北 石家庄0 5 0 0 3 1 摘要 目前我国许多掘进机用户没有清晰的油品污染管理与控制概念， 作为掘进机液压系统设计人员 ， 希望通过深入的研究与归纳 ， 揭示液压油污染管理及控制的过程及方法， 使掘进机液压系统油品清洁从设计到使用每个步骤都得到应有注意 ， 从而根本解决掘进 机液压油 污染 问题。 关键词 掘进机； 油品污染； 过滤器； 检测 ； 管理 中图分类 号 T H1 3 7 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 5 0 4 0 0 7 8 0 3 Th e Re s e a r c h o n Oi l Po l l u t i o n M a na g e me n t a n d Co n t r o l f o r Ro a d h e a d e r GENG Fe n g- xi ao S h O i a z h u a n g C o a l Mi n i n g Ma c h i n e r y C o ． ， L t d ． ， S h i j i a z h u a n g 0 5 0 0 3 1 , C h i n a Ab s t r a c t At p r e s e n t t h e u s e r i n o u r c o u n t r y m a n y b o r i n g m a c h i n e i s n o t c l e a r o i l p o l l u t i o n m an a g e me n t an d c o n t r o l c o n c e p t ， a s t h e d e s i g n o f h y d r a u l i c s y s t e m f o r Ro a d h e a d e r ,h o p e t h a t t h o r o u g h r e s e a r c h an d t h e i n d u c t i o n ， Re v e a l the p r o c e s s an d the me tho d o f man a g e me n t a n d c o n t r o l o f h y d r a u l i c o i l p o l l u t i o n ，Le t the h y d r a u l i c s y s t e m o f r o a d h e a d e r i s d e s e r v e d t o b e a t t e n t i o n t o the o i l c l e a n f r o m d e s i gn t o u s e e a c h s t e p ， i n o r d e r t o f u n d a me n t a l l y s o l v e the p r o b l e m o f h y dra u l i c o i l p o l l u t i o n ． Ke y wo r d s r o a d h e a d e r ； o i l p o l l u t i o n； fil t e r ； t e s t i n g； m an a g e m e n t O 概述 随着我国经济的发展 ， 各种新型工程设备应运而 生 ， 这些设备其功能动作大多由液压驱动完成 ， 液压系 统在设备工作运行 中扮演着十分重要 的角色。煤矿井 下巷道掘进机正是这样一种设备， 掘进机是集机械、 液 压、 电气和 自动控制于一体的快速地下开挖最有效的 大型成套施工装备。2 0 0 3 年随着煤炭工业的发展 ， 国 产掘进机产品进入快速发展阶段 ， 到 2 0 0 5 年掘进机液 压系统已采用先进的负载敏感、 压力切断及恒功率控 制技术 ， 这些技术 的应用极大减少掘进机液压系统发 热 ； 先导液控、 电磁遥控等技术的应用又大大改进了设 备的操作性 ， 国产掘进机因此在煤矿井下得到广泛使 用 ， 这不仅提高了劳动效率更极大减轻了矿工的劳动 强度。但随着实践的深入 ， 我们发现掘进机在工作过 程中， 液压元件如 低速大扭矩马达、 变量柱塞泵、 比例 换向阀等常因油液污染在很短时间内磨损严重从而降 低效率、 丧失性能。这不仅缩短了液压元件使用寿命 ， 也严重影响了整机的可靠性。而这一事实却很难与使 用方达成一致。经过许多次类似经历， 我们意识到 目 前我国许多掘进机用户没有清晰的油品污染管理与控 制概念 ； 作为掘进机液压系统设计人员， 希望通过深人 收稿 日期 2 0 1 4 - 0 9 - 1 2 作者简介 耿风肖 1 9 6 8 一 ， 女， 河北深州人， 高级工程师， 学士， 主要从事 煤矿机械液压 系统研发 、 设计 。 7 8 的研究 与归纳 ， 揭示液压油污染管理及控制 的过程及 方法 ， 使掘进机液压 系统油 品清洁从设计 到使用 每个 步骤都得到应有注意， 从而根本解决掘进机液压油污 染 问题。 1 掘进机液压油的污染管理 我们先来 了解一般设备油 品污染 管理的 内容 ， 通 过查询资 料我们 了解 到 油 品污染管理包 括 油 品管 理、 油液的污染物 、 油液的清洁度三个方面的内容 。 1 ． 1 油品管理的概念 我们先要建立油品管理的概念 ， 在设计阶段， 为提 高液压系统中元件可靠性要对以下几项进行评估 A 、 液压元件的评估； B 、 油品介质的评估 ； C 、 工作环境的评 估 ； D、 决定空滤和油滤 ； E、 实现样品取样。我们着重在 工作环境评估方面， 掘进机是井工设备， 要下到几百米 乃至千米以上的巷道中工作 ， 这需要将各大部件拆解 开分体后才能下井 ， 各大部件间相关联液压管路也需 相应拆开 ， 为此我们配备了各种管路堵头， 即使这样掘 进机液压管路在拆装过程中也难免不沾上各种颗粒造 成污染。而掘进机工作环境又十分恶劣 ， 不断掉落的 煤块 、 石块或设备上堆积的物料都有可能将连接管件 或高压胶管砸坏、 碰坏或挤坏， 更换管路或连接件过程 也易造成污染物进入液压系统。而煤矿巷道顶部不断 涌出的水 或掘进机喷雾 、 冷却水路 中的水也会 在液压 管路或部件 出现问题时进人液压系统中。 Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 0 4 ． 2 01 5 1 ． 2 油液 的污染物 深入研究油液的污染物知道， 油液的污染物按类 型和源头来分可分为 固体 、 液体 、 空气 、 催化剂 。各 种污染物造成各种不同影响。A、 固体颗粒污染物的影 响 造成堵塞， 引起 比例阀故障； 固体颗粒将会变成切 削工具 ， 造成元件过渡磨损 。污染颗粒总是在破坏系 统 ； B 、 水污染的影响 水污染的影响主要表现为 改变 粘度、 腐蚀系统元件 、 元件损伤过度 、 系统失效 ； C 、 催 化剂造成的损害 催化剂造成的损害主要是减少油液 寿命 ， 生成的污染物和水的产生链式影响极大减低油 液寿命 。 1 油液的清洁度 掘进机液压系统如此易受到污染 ， 我们需要详细 了解油液污染的循环以及污染何时达到平衡 ， 以便让 我们的设计更加合理。我们先看图1 外部 颗粒 a 没有过 滤装置的污染循环 干净 多 污 脏 过滤 b 有过滤装置 的污染循 环 c 污染的平衡 d 油液污染对液压 系统的影响 图1油液污染的循环以及污染情况 由此， 我们知道通过合适的过滤系统可以保持流 体清洁， 并能解决8 0 ％的液压系统失效 ， 过滤器在系统 中最重要的 目的是来清洁油液污染， 并让油液达到预 期的清洁度等级 ， 而在这个持续的清洁度等级下， 系统 元件不容易失效且系统能达到理想的使用寿命。 为达到上述 目的产品设计前我们需要设定一个清 洁度等级 目 标 ， 为了完成 目标我们需要了解如何确定 清洁度等级。设定一个清洁度等级 目标需要考虑这些 方面 ①元件 ； ②流体 ； ③环境 ； ④应用。正如掘进机 这种情况 在一个液压系统中， 最大系统压力2 0 0 b a r 、 有电磁比例换向阀、 有油缸、 低速大扭矩马达、 变量柱 塞泵、 在掘进巷道中 有高污染源 、 在高温加振动环境 下工作 。通过查资料我们知道变量柱塞泵在 2 0 0 b a r 下要求清洁度等级为 1 7 ／ 1 5 ／ 1 3 ， 考虑高温、 振动机危险 环境应用诸多条件， 油液需要提高至少 1 个I S O等级的 清洁度 ， 因此， 将清洁度等级 目标设定为 1 6 ／ 1 4 ／ 1 2 。为 达此 目标我们需要选择合适的过滤器 ， 并在系统运行 后对油液取样并测定清洁度等级。 2 掘进机液压油污染控制研究 液压油污染控制包括油品过滤以及油品的监测及 采用品质良好的管路连接件及备好连接件堵头下井。 2 ． 1油品过滤 液压系统 中的过滤器包括 吸油过滤器、 回油过滤 器和高压管路过滤器。现在许多研究与实践证明， 吸 油过滤器不能为提高清洁度 I S O C O D E 作出贡献， 还 存在吸空的危险， 并且因为藏在油箱中无法检查 ； 回 油过 滤器能够 过滤全 部油液 ，防止脏 的油 液进入 油 箱 ， 加上相对廉价的结构， 可以有效地滤除一定微米大 小的颗粒 ， 但受压力和流量波动影响大， 并且必须根 据系统流量设计空间尺寸 ； 高压管路过滤器能够过滤 从泵流 出的全部油液 ， 保护过滤器下游元件 ， 结构复 杂、 价格昂贵 ， 可以有效地滤除一定微米大小的颗粒 ， 受压力和流量波动影响大 ， 必须根据 系统流量计算规 格设计空间尺寸 ， 必须根据系统压力选择类型。 过滤器按过滤形式分为表层 过滤 ， 深层过滤 。表 层过滤是指颗粒大于一定微米是不能通过滤材的， 但 当我们将元件放在动态系统且在高速流量变化和逆流 冲击环境时表明过滤的滤材无法捕获一定大小的污染 颗粒 金属 ， 聚氨酯颗粒 ； 深层过滤不可能预测过滤颗 粒大小 大 的和小 的颗粒都被拦截 ， 在深层过滤滤材 时如上所示 ， 颗粒进入深层过滤的滤材同时进入滤孑 L ， 通过时被留住。当在动态流动冲击系统时， 这种原理 证 明了可以捕获更多的颗粒 。 深层过滤可通过过滤效 率 ， 纳污容量， 流量／ D p曲线等指标来标识过滤效果， 纳 污容量可通过 MP T 测试知道 ， M 测试是指在相 同情 况下滤芯捕获标准污染物时达到饱和点和使用前的重 量之差。过滤效果可用B e t a 值表示 ， B e t a 值是过滤前 脏颗粒数量和在过滤后脏颗粒的数量的比值 13 x -- 过滤前脏颗粒数量／ 过滤后脏颗粒的数量 B e t a 值越高证明过滤效果越好。 吸油吸油过滤器、 回油过滤器及高压管路过滤器 都属于在线过滤器。通过近些年的实践 ， 现在有些元 件专业厂家不推荐使用吸油过滤器。 2 ． 2 油品的监测 通过监控油液以确保目标的实现。整个过程可分 为三个阶段 A 、 样品采集 ； B 、 实验室分析； C 、 必要时对 油液进行调整。下面进行简要介绍 见图2 必要时对油液进行调整， 通过检测， 对油液进行必 要的调整。 液 压 气 动 与 密 封 ／ 20 1 5年 第 0 4期 a 样 品采集 b 实验室检测 、 分析 c 检测报告 图2通过监控油液确保目标实现的三个阶段 3 结论 通过对掘进机液压油污染管理及控制 的研究 ， 结 合实际观察， 我们发现 油品污染管理及控制不仅在煤 矿行业是弱项 ， 不重视、 不到位在其他工程机械领域行 - - 一 - - ● 一 - - - - 一 业也存在。即使是产品设计人员也只是在设计阶段有 所要求， 比如 选择合适的在线过滤器、 要求和保证管 路的清洁、 使用优质的油品。但是关注力还没到设备 的使用者， 与使用者还达不成一致， 那就是认识到油品 污染管理及控制是一个系统 的过程 ， 是 我们用好设备 的前提 。 目前 ， 我 国政府正在大力提倡 产业 的转型升 级 ， 油品污染管理及控制 目前还是我国大部分生产企 业、 煤矿企业乃至相关高等教育的弱项。因此， 系统学 习掌握油品污染管理及控制势在必行。 参考文献 【 1 ] 雷天觉． 新编液压工程手册【 M 】 ． 北京 北京理工大学出版社 ， 1 9 98． [ 2 1 G B ／ T 1 4 0 3 9 2 0 0 2 ， 液压传动 油液 固体颗粒污染等级代号 [ S 】 ． 【 3 ] 博世力士乐 中国 有限公司． 行走机械用液压及电子控制 元件【 z 】 ． 香港 博世力士乐 中国 有限公司， 2 0 1 1 ． 【 4 】 西德福液压件 上海 有限公司． 滤器和滤芯【 z ] ． 上海 西德 福液压件 上海 有限公司， 2 0 1 3 ． 液压气动与密封 杂志征稿启事 液压气动与密封 杂志是由中国液压气动密封件工业协会主办的中央级技术性期刊， 国内外 公开发行 ， 月刊 ， 1 9 8 1 年创刊 ， 是“ 中国科技核心期刊” 。 本刊以服务于液压、 液力 、 气动与密封及其主机行业为宗 旨， 以面向企业 、 面向生产， 理论与应 用相结合的方针， 主要报道国内外最新的液压、 液力、 气动与密封技术及其应用， 设有综述与评论、 设计与研究、 系统与应用、 新产品 新技术 新工艺 、 使用与维护、 行业专题等栏 目， 读者对象为本行 业的工程技术人员、 管理人员、 销售人员、 安装调试和使用维修人员， 以及有关大专院校的师生。 在此特向您征集与我刊栏 目相关的稿件 ， 使杂志内容能更加贴近广大读者 ， 更好地为行业 服务 。 稿件格式见 网站 h t t p ／ ／ w w w ． c h p s a ． o r g ． c n ／ m a g a z i n e m a i n 1 ． a s p x “ 投稿服务” 栏 目。 联系人 张婷婷 联系电话， f 专 真 0 1 0 6 8 5 9 4 9 0 0 投稿邮箱 c h p s a - y q m m e i ． n e t ．c n 液压气动与密封 杂志征订启事 欢迎您订阅 液压气动与密封 杂志 ， 我刊为月刊， 每期定价 1 0 元， 全年定价为 1 2 0 元， 请直接到 您当地邮局柜台办理订阅， 可方便准确获取杂志， 我刊邮发代号 8 2 - 1 5 2 ， 邮局咨询电话 1 1 1 8 5 。 可通过登陆网址 h t t p ／ ／ w w w ． c h p s a ．o r g ．c n ／ m a g a z i n e m a i n 1 ．a s p x 或收听我刊的官方微信c h p s a y q m 了解杂志的相关情况。 如遇到订 阅上的问题 ， 可与我刊发行部取得联系。 联系人 李绍云联 系电话／ 传真 0 1 0 - 6 8 5 9 4 9 0 0 E m a i l c h p s a f x me i ． n e t ． c n QQ 2 1 0 8 7 6 4 8 8 6