淺析全液壓鉆機(jī)系統(tǒng)清潔度與可靠性的關(guān)系

王文斌

(河北省地礦局綜合地質(zhì)大隊(duì) 河北石家莊 050081)

1 概述

液壓傳動(dòng)以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)已被廣泛應(yīng)用。在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家,絕大部分工程機(jī)械和巖土鉆鑿機(jī)械早已采用了液壓傳動(dòng)方式。我國(guó)自改革開(kāi)放以來(lái),隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展,在許多產(chǎn)品的更新?lián)Q代中,吸取了國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn),已有越來(lái)越多的產(chǎn)品采用了液壓傳動(dòng)方式,如起重機(jī)、挖掘機(jī)、壓路機(jī)等,并由此帶動(dòng)了我國(guó)液壓基礎(chǔ)件的生產(chǎn),與70年代相比,在產(chǎn)品的品種、水平、質(zhì)量和配套性方面都有了較大的提高,并且生產(chǎn)廠家增多,使用者有了選擇的余地,為今后在鉆探設(shè)備設(shè)計(jì)中采用液壓傳動(dòng)創(chuàng)造了條件。

目前國(guó)內(nèi)的巖土鉆鑿機(jī)械仍是以機(jī)械傳動(dòng)液壓操縱方式為主。近年來(lái)專家們介紹了許多國(guó)外先進(jìn)的巖土鉆鑿機(jī)械,并對(duì)國(guó)內(nèi)的發(fā)展方向作了論證和導(dǎo)向,其主要特點(diǎn)之一便是這類機(jī)械的傳動(dòng)方式多為液壓傳動(dòng)。如灌注樁的成孔機(jī)械方面,由于其成孔方法向無(wú)循環(huán)液施工方向發(fā)展,液壓傳動(dòng)便于采用“積木”式組合設(shè)計(jì),便于根據(jù)地層需要組合成多種工藝功能的設(shè)備,使設(shè)備的適應(yīng)性能強(qiáng),施工效率高。錨桿鉆機(jī)要求施工空間任意方位角鉆孔,采用液壓傳動(dòng)可更好地適應(yīng)施工要求。在連續(xù)墻的成槽機(jī)械方面,液壓式?jīng)_抓斗的閉合力遠(yuǎn)大于機(jī)械式?jīng)_抓斗,不但施工效率高,而且對(duì)地層的適應(yīng)性強(qiáng)。近年來(lái),一些經(jīng)濟(jì)實(shí)力強(qiáng)的施工單位,已經(jīng)根據(jù)工程需要,從國(guó)外進(jìn)口了不同種類的鉆探設(shè)備。可以預(yù)見(jiàn),在未來(lái)我國(guó)巖土鉆鑿機(jī)械的新產(chǎn)品研制中,將逐步擴(kuò)大采用全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)。為了用好全液壓新型巖土鉆鑿設(shè)備,特別是昂貴的進(jìn)口設(shè)備,充分發(fā)揮其產(chǎn)品優(yōu)勢(shì),提高液壓系統(tǒng)工作的可靠性,是擺在我們鉆探工作者面前最重要的問(wèn)題,應(yīng)該認(rèn)真對(duì)待,高度重視。

2 液壓系統(tǒng)的清潔度是保證工作可靠性的關(guān)鍵

據(jù)日本和美國(guó)一些公司的調(diào)查統(tǒng)計(jì)表明,液壓機(jī)械故障率的70%是液壓系統(tǒng),而液壓系統(tǒng)的故障率75%是由于液壓油不清潔造成的;英國(guó)液壓研究協(xié)會(huì)(BHRA)的研究結(jié)果則表明,若提高液壓系統(tǒng)的清潔度,將大幅度提高元件的壽命,例如原設(shè)計(jì)的目標(biāo)清潔度(ISO)～20/17,若使用中將系統(tǒng)的清潔度提高到17/14,元件的壽命可延長(zhǎng)兩倍,提高到16/13,元件壽命可延長(zhǎng)3倍,若提高到15/12,則元件壽命延長(zhǎng)更高。由此可見(jiàn),液壓系統(tǒng)的清潔度狀況和液壓油的污染程度,是影響液壓機(jī)械工作可靠性和元件使用壽命的關(guān)鍵。

3 污染源及其危害

侵入液壓油的污染物有型砂、鐵屑、焊渣、灰塵等固體顆粒;纖維、漆片、膠膜等雜物;水分、清洗液或其它不相溶的油液等。

(1)固體顆粒的污染,使泵、馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)件磨損加劇,效率降低,發(fā)熱,甚至燒壞,大大縮短泵、馬達(dá)的使用壽命;固體顆粒侵入滑閥的縫隙時(shí),將會(huì)劃傷表面,加劇磨損,增大間隙或卡阻閥芯,使閥的性能降低或失靈;進(jìn)入調(diào)壓閥或節(jié)流閥時(shí),會(huì)將節(jié)流孔、阻尼孔堵塞,或墊于閥口,使閥失靈;進(jìn)入液壓缸時(shí),會(huì)加速密封件的磨損,使瀉漏加大,效率降低。關(guān)于固體顆粒的危害,日本“建設(shè)機(jī)械化協(xié)會(huì)”曾作過(guò)試驗(yàn),把等于工作油量約0.005%細(xì)砂分三次逐漸投入工作油內(nèi),僅轉(zhuǎn)動(dòng)50小時(shí),就與無(wú)塵轉(zhuǎn)動(dòng)1000小時(shí)以上的磨損量相等。按此推算,如果一個(gè)液壓系統(tǒng)的用油量為300kg,其中若有15g的固體顆粒入侵,將使元件壽命縮短20倍,有人曾對(duì)某廠的液壓控制閥作了檢查,發(fā)現(xiàn)單個(gè)閥體內(nèi)的含砂量就有4g,因此,如不嚴(yán)格控制,系統(tǒng)中的總含砂量就有可能達(dá)到15g,將給系統(tǒng)造成嚴(yán)重?fù)p壞。固體顆粒的存在,還有可能造成重大機(jī)械事故。上海港曾有一臺(tái)汽車起重機(jī),由于污垢顆粒卡在支腿油缸的液壓鎖內(nèi),使鎖閉失效,而造成起重機(jī)翻入黃浦江的事故。在鑿巖機(jī)械中,也曾有過(guò)因油液污染造成動(dòng)作不靈和縮短元件壽命的例子。ISO標(biāo)準(zhǔn)中,以一定容積油液中所含固體顆粒的大小和數(shù)量表示油液清潔度的等級(jí),由此可以說(shuō)明,固體顆粒是液壓系統(tǒng)中的主要污染源,也是危害最大的污染源。

(2)清洗零件時(shí)留下的棉紗、纖維;組裝時(shí)切下的膠膜及從油箱內(nèi)壁上剝離的漆片等雜物,常易堵塞元件的節(jié)流孔或阻尼孔,使閥工作失靈。

(3)液壓用油,為改善其性能,滿足系統(tǒng)元件的要求,油液中加有各種化學(xué)添加劑,如抗氧化、防銹、抗磨、增粘和低凝等添加劑。工作過(guò)程中,在溫度、壓力影響下,油液產(chǎn)生化學(xué)變化,主要是氧化。當(dāng)混入油液中的水分和起催化劑作用的金屬顆粒同時(shí)存在時(shí),油液的氧化速度急劇增快,水和鐵使氧化速度增快約10倍,水和銅使氧化速度增快約30倍。化學(xué)變化的結(jié)果,使油液性能劣化,甚至變質(zhì),危害系統(tǒng)及元件,所產(chǎn)生的可溶和不可溶的化合物,如樹(shù)脂、酸性物質(zhì)和沉淀物等,進(jìn)一步增加了油液的污染。

油液中的污染物來(lái)源于元件、組裝、調(diào)試和使用各個(gè)階段。如果系統(tǒng)中有少數(shù)元件不清潔,其污染物隨著油液的循環(huán)而流遍全系統(tǒng),同時(shí)危害其它元件;如元件均符合清潔度標(biāo)準(zhǔn),而組裝時(shí)接頭、管路等清洗不凈,同樣也會(huì)損壞元件;有了清潔的元件和系統(tǒng),使用時(shí)若不注意液壓油的貯存、添加方法、和油箱內(nèi)油質(zhì)的變化情況,也會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng),所以要控制和提高液壓系統(tǒng)的清潔度是貫穿于設(shè)計(jì)、制造、組裝、使用和維護(hù)等整個(gè)過(guò)程的系統(tǒng)工程。

4 污染的控制

絕對(duì)凈化的系統(tǒng)是沒(méi)有的,但污染是可以控制的,一般從以下兩方面入手:一是防止污染物的侵入;二是將系統(tǒng)中已有的污染物清除出去。可分三個(gè)階段采取措施:

4.1 設(shè)計(jì)階段

要根據(jù)元件要求在系統(tǒng)中設(shè)置適當(dāng)?shù)臑V油器。過(guò)濾是清除固體顆粒和雜物的最有效方法,也是污染控制的關(guān)鍵措施。設(shè)置濾油器能達(dá)到三個(gè)目的:防止切屑和其它大顆粒造成元件卡死、劃傷和堵塞等損壞性故障的發(fā)生;把油液的清潔度控制在系統(tǒng)元件能承受的水平上;防止磨料對(duì)元件的磨損。因此在泵的吸口、重要元件的入口及油液流回油箱的部位,分別設(shè)置不同精度的濾油器。濾油器應(yīng)有指示裝置,其安裝位置要便于清洗和更換。

油箱是空氣、水分、灰塵侵入系統(tǒng)的主要渠道,設(shè)計(jì)時(shí)要采取有效措施預(yù)防。油箱內(nèi)壁應(yīng)作表面處理,防止鐵銹、焊渣、漆片等對(duì)油液的污染。

4.2 組裝調(diào)試階段

接頭管道的清洗,可采用柴油或汽油清洗,最好用循環(huán)液沖洗。對(duì)于接頭、三通類零件,清洗前必須將加工毛刺清理干凈,特別是相交通道孔處的飛刺;對(duì)于碳鋼管道,清洗前必須先進(jìn)行酸洗除銹。

系統(tǒng)的清洗,調(diào)試前可另用—小流量的泵站,按規(guī)程分別對(duì)各支系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)清洗,其目的是清除組裝時(shí)帶入的污染物,和保持系統(tǒng)油箱的清潔。

液壓油在貯存過(guò)程中常有污染,調(diào)試前應(yīng)通過(guò)濾油器向油箱內(nèi)加油。

4.3 使用階段

應(yīng)注意油箱的防塵、防水、保持液壓系統(tǒng)的密封性,嚴(yán)禁異種油液進(jìn)入系統(tǒng)。

定期檢測(cè)、更換液壓油。定期檢測(cè)和控制液壓油的清潔度,是主動(dòng)預(yù)防系統(tǒng)故障和延長(zhǎng)元件壽命的關(guān)鍵技術(shù)措施之一,如有條件,應(yīng)定期對(duì)油液油樣作理化檢測(cè),通過(guò)檢測(cè),可提前發(fā)現(xiàn)事故隱患,采取維護(hù)措施,也可通過(guò)目測(cè)外觀分析決定處理,方法見(jiàn)下表。

油液外觀分析及處理方法

國(guó)外一些部門(mén)和企業(yè)通過(guò)對(duì)系統(tǒng)清潔度的控制,采取主動(dòng)預(yù)防性維護(hù)措施,使機(jī)器和元件壽命延長(zhǎng)了幾倍至十幾倍。我國(guó)也在這些方面加強(qiáng)了預(yù)防,取得了非常顯著的效果,為廣泛應(yīng)用全液壓鉆機(jī)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 液壓與氣動(dòng),1993(4)、(6)

2 液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè).上海:上海人民出版社,1978