淺析離心式凈油機(jī)在大型養(yǎng)路機(jī)械液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用

趙江　趙廣苗

摘要：目前，國內(nèi)外大型養(yǎng)路機(jī)械液壓油的凈化是通過液壓系統(tǒng)中傳統(tǒng)的過濾器進(jìn)行的。由于過濾器過濾精度低，液壓系統(tǒng)故障偏高，液壓油和過濾器的濾芯都要定期地進(jìn)行更換，其運(yùn)用維修成本大。液壓系統(tǒng)采用離心式凈油機(jī)后濾油精度高達(dá)0.26um，解決了傳統(tǒng)過濾器無法過濾的高粘度、高污染油液的問題；延長了液壓油的使用壽命，節(jié)約油品；降低液壓系統(tǒng)故障，有效延長液壓泵、馬達(dá)、閥、油缸等元件使用壽命。

關(guān)鍵詞：大型養(yǎng)路機(jī)械；液壓油污染；離心式凈油機(jī)

中圖分類號U2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號2095-6363（2015）12-0074-03

大型養(yǎng)路機(jī)械是鐵路線路維修、中修和大修的主要設(shè)備，目前國內(nèi)主要有線路搗固車、道岔搗固車、動力穩(wěn)定車、全斷面道砟清篩機(jī)、道岔全斷面道砟清篩機(jī)、邊坡清篩機(jī)、配砟整形車等。作業(yè)時，發(fā)動機(jī)驅(qū)動多個液壓泵將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗埽ㄟ^液壓控制元件將液壓能傳遞給液壓馬達(dá)、油缸等執(zhí)行元件，驅(qū)動各工作裝置作業(yè)。大型養(yǎng)路機(jī)械利用天窗時間（封閉點）進(jìn)行作業(yè)，當(dāng)機(jī)械發(fā)生故障時，將導(dǎo)致線路無法正常開通，影響鐵路正常運(yùn)輸生產(chǎn)。為確保大型養(yǎng)路機(jī)械正常運(yùn)用，技術(shù)部門對設(shè)備故障不斷進(jìn)行統(tǒng)計分析，歸類解決。從液壓系統(tǒng)故障統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析得知，約有70%故障源于液壓油被污染。液壓油污染度導(dǎo)致液壓元件磨損，小于濾清器過濾精度的磨損顆粒進(jìn)入液壓油后因不能及時清除，加重液壓油的污染度，形成液壓系統(tǒng)惡性循環(huán)，從而導(dǎo)致液壓系統(tǒng)故障頻發(fā)。為解決液壓油的污垢顆粒污染問題，我們通過對大型養(yǎng)路機(jī)械液壓油過濾系統(tǒng)分析，采用了離心式凈油技術(shù)清除細(xì)小顆粒，提高液壓油過濾精度，起到了良好的效果。

1.大型養(yǎng)路機(jī)械液壓系統(tǒng)油液過濾組成及原理

大型養(yǎng)路機(jī)械液壓系統(tǒng)由動力元件——液壓泵（伺服泵）；控制元件——溢流閥、安全閥、節(jié)流閥、伺服閥、比例閥、換向閥；執(zhí)行元件——液壓馬達(dá)、液壓油缸；輔助元件——濾清器、油箱、管路及管接頭、蓄能器等和液壓油組成。

1）液壓油的選用。液壓油是液壓系統(tǒng)傳遞能量的工作介質(zhì)，能夠潤滑液壓元件，同時能夠?qū)⑾到y(tǒng)產(chǎn)生的熱量通過散熱器冷卻。應(yīng)具有較好的粘溫特性和良好的潤滑性，腐蝕金屬和橡膠性小，不易氧化，對人無害，良好的抗乳化性和消泡性等特性。選用時，粘度是衡量液壓油的一項重要指標(biāo)，液壓油的最佳工作粘度（在工作溫度）為運(yùn)動粘度16～36mm2/s。由于粘度是液壓油的根本特性，對溫度變化很敏感，隨溫度升高而下降，粘度下降會增加系統(tǒng)泄漏，降低效率。因此，它對系統(tǒng)的泄漏、功率損失和潤滑有著直接的影響。同時，高溫環(huán)境要求閃點高，低溫環(huán)境要求凝點低。因此，我公司選用T46抗磨液壓油。

2）液壓油的過濾。大型養(yǎng)路機(jī)械液壓系統(tǒng)濾清器按其在系統(tǒng)中功能區(qū)分，主要有吸油濾清器、回油濾清器和管道濾清器。吸油濾清器安裝在液壓泵的進(jìn)油口，防止雜質(zhì)進(jìn)入液壓油泵；回油濾清器安裝在油箱的回油口上，過濾工作后的液壓油，防止交叉污染；管道濾清器安裝在伺服閥、比例閥、伺服泵等的進(jìn)油路上，過濾精度高（一般為10um），承受液壓系統(tǒng)的工作壓力高，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也較高。濾清器主要由外殼、濾芯、磁鐵等組成（如圖一、圖二所示）。濾清器是利用濾網(wǎng)纖維對雜質(zhì)和污物進(jìn)行過濾，其濾芯內(nèi)裝有磁鐵，能吸住油液中的磁性雜質(zhì)。吸油濾清器、回油濾清器過濾精度為25Pro。在濾清器外殼上裝有污染指示器、堵塞發(fā)訊器等裝置來監(jiān)測濾清器的污染程度，當(dāng)指示器指針到紅區(qū)或濾清器濾芯堵塞報警時，表明濾芯污染嚴(yán)重，需要更換或清洗。

2.液壓油的污染

液壓油是否清潔，不僅影響液壓系統(tǒng)的工作性能和液壓元件的使用壽命，而且直接關(guān)系到液壓系統(tǒng)能否正常工作。要保持液壓油的清潔，就必須探索液壓油污染的原因和控制污染的措施。

1）液壓油檢測和更換指標(biāo)。我公司每年冬季設(shè)備集中檢修前，對每臺機(jī)械液壓油進(jìn)行采集油樣檢測化驗，主要對以下理化指標(biāo)進(jìn)行分析。按照表1液壓油更換極限指標(biāo)進(jìn)行換油，未達(dá)到換油指標(biāo)的對液壓油進(jìn)行過濾繼續(xù)使用。濾膜污染物及污染度。濾膜污染物是數(shù)值反映的是單位體積油液中所含固體污染度的質(zhì)量。污染度：根據(jù)GB/T 14039-2002《液壓傳動油液固體顆粒污染等級代號》（等同于ISO 4406：1999），用自動顆粒計數(shù)器計數(shù)的代號確定，一般用不同的數(shù)值表達(dá)不同尺寸范圍的顆粒數(shù)，三個數(shù)值分別表示大于4 um、大于6 um、大于14um三個尺寸范圍的顆粒濃度等級。大于14um的顆粒能夠影響設(shè)備的磨損；4 um、6um尺寸范圍的顆粒數(shù)值，可以影響到液壓元件的堵塞、淤積。在實際工作中，我們按照顆粒數(shù)值來判斷油液的污染程度。水份是外界空氣中的水汽通過呼吸器進(jìn)入油箱內(nèi)，并因油箱蓋內(nèi)外溫差而形成冷凝水粘附在油箱頂部內(nèi)壁，從而不斷侵入液壓油中。液壓油與水形成乳化劑液，使油變稠，易塞過濾器，同時水份還是油品氧化的催化劑，從而縮短液壓油的使用壽命，水份破壞油膜，降低潤滑性，加劇摩擦付部件的磨損，并與油品反應(yīng)形成酸、膠質(zhì)和油泥，降低液壓油的性能。液壓油粘度是衡量液壓油的重要指標(biāo)，40～C粘度變化是反映液壓油在40"C時運(yùn)動粘度，粘度下降，液壓系統(tǒng)的泄漏增加，效率降低，機(jī)械使用性能變壞。總酸值是中和1g油樣中全部酸性組分所需要的堿量，并換算為等當(dāng)量的酸量，以mgkoh/g表示，酸值是判別液壓油使用過程中氧化變質(zhì)的重要指標(biāo)。閃點是液壓油在規(guī)定加熱條件下逸出蒸汽的最低瞬間閃火溫度為閃點。閃點可以用來判斷油品餾分組成的輕重，是油品的安全指標(biāo)。銅片腐蝕是用一塊己磨光好的銅片浸沒在一定量的液壓油中，按要求加熱到100～C，保持3h。待實驗周期結(jié)束時，取出銅片，在洗滌后與標(biāo)準(zhǔn)色板進(jìn)行比較，確定腐蝕級別。通過銅片腐蝕實驗可判斷液壓油是否含有能腐蝕金屬的活性硫化物。含硫化物對各控制閥、油缸、泵、馬達(dá)有直接腐蝕作用。

2）液壓油污染的主要原因。液壓系統(tǒng)被污染的主要原因有：液壓系統(tǒng)及其元件在加工、裝配、運(yùn)輸過程中，型砂、切屑、磨料、焊渣等污垢在系統(tǒng)開始工作前潛伏在液壓系統(tǒng)中；在工作過程中通過往復(fù)伸縮的活塞桿，通過空氣、濺落或凝固的水滴、粉塵進(jìn)入系統(tǒng)；工作過程系統(tǒng)本身不斷產(chǎn)生新的污物，如金屬與密封材料的磨損顆粒，過濾材料脫落的顆粒，剝落的油漆碎片，油液化學(xué)變化的生成物；油液中的水份和電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的污染；現(xiàn)場補(bǔ)充油液時，加油管污垢進(jìn)入油箱；維修液壓系統(tǒng)時，跟換軟管、閥、接頭等不可避免的將污物帶入液壓系統(tǒng)；液壓油工作溫度超過60℃時，液壓油的氧化會顯著增加，氧化會產(chǎn)生淤渣等污染物質(zhì)。

3）液壓油污垢顆粒的危害及控制措施。液壓油污染物中的污垢顆粒會使泵、馬達(dá)的轉(zhuǎn)子端面和配油盤的磨損加劇，縮短泵、馬達(dá)的使用壽命。污垢顆粒會加劇閥芯磨損，引起振動，使閥芯卡死，堵塞節(jié)流孔或阻尼孔，使閥的性能變壞或動作不靈，尤其是伺服閥，污垢顆粒會使閥類元件閥芯與閥套之間的摩擦力加大，從而使遲滯增大，污垢顆粒加快滑動面的磨損和節(jié)流棱邊的磨蝕，使內(nèi)泄加大，零位特性下降。污垢顆粒會加速油缸密封件的磨損，使泄漏加大。

在設(shè)備使用和保養(yǎng)過程中主要從以下幾個方面控制液壓油污染。補(bǔ)充或更換液壓油時，必須用過濾精度為20um的濾油機(jī)；拆修液壓管路時，要清洗干凈接頭處的油污；液壓元件檢修要嚴(yán)格執(zhí)行清潔操縱規(guī)程，絕不能亂拆亂放；系統(tǒng)泄漏的油液未經(jīng)過濾不得加入油箱等控制措施。

4）液壓油中污垢顆粒來源分析。大型養(yǎng)路機(jī)械液壓油過濾系統(tǒng)的濾油濾精度為25um，細(xì)小的顆粒雜質(zhì)能輕易通過濾芯，而我們判斷油液的污染程度是按照顆粒數(shù)值來確定的，不足以引起重視。這樣油液留存一定數(shù)量的小于25um的固體顆粒，在液壓系統(tǒng)工作過程中，與液壓元件摩擦產(chǎn)生新的顆粒，導(dǎo)致液壓油污染。當(dāng)污垢顆粒堵塞濾網(wǎng)時，未及時清洗或更換濾芯，污垢顆粒經(jīng)回油濾清器旁通閥進(jìn)入油箱，使液壓系統(tǒng)中的污垢顆粒數(shù)量增加，加劇液壓元件磨損，液壓油污染惡性循環(huán)。

3.離心式凈油技術(shù)

1）離心式凈油機(jī)工作原理及組成。離心式凈油機(jī)主要由頂蓋、機(jī)心體和外殼三部分組成。凈油機(jī)采用分離式清潔動作，通過轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生大于污垢顆粒自重2000倍的離心力，將其從油液中的分離出來，收集在襯紙上。工作時，具有壓力的液壓油從凈油機(jī)的轉(zhuǎn)子底部兩個反向進(jìn)油噴嘴中噴出，使轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，從而獲得離心力。當(dāng)壓力達(dá)到額定壓力時，轉(zhuǎn)子以不低于6000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的離心力約為雜質(zhì)重量的2000倍。當(dāng)雜質(zhì)顆粒進(jìn)入轉(zhuǎn)子后，在離心力作用下，徑向移動到轉(zhuǎn)子內(nèi)表面的襯紙上。清潔的液壓油靠自重從出油口流回油箱。

2）離心式凈油機(jī)性能。離心式凈油機(jī)是一種高效去除油品雜質(zhì)的旁路濾清器，徹底改變了一般過濾器通過濾網(wǎng)或纖維凈油工作性能，克服了小于過濾精度的細(xì)小顆粒雜質(zhì)輕易進(jìn)入液壓系統(tǒng)、較大顆粒污物堵塞濾芯的缺點。離心式凈油機(jī)用離心力去除雜質(zhì)是基于它們的相對密度，對于雜質(zhì)的尺寸沒有限制，最小可去除0.26um的雜質(zhì)顆粒，能夠去除高粘度油液和高污染油中的固體雜質(zhì)，不會影響油品及油中添加劑。無濾芯，不需要更換耗材，只需定期清除襯紙上的沉淀物。

3）離心式凈油機(jī)動力源的選擇。離心式凈油機(jī)正常工作接入液壓系統(tǒng)需要5.0～7.0bar的壓力，在大型養(yǎng)路機(jī)械液壓系統(tǒng)中，我們根據(jù)機(jī)械作業(yè)系統(tǒng)和離心式凈油機(jī)的需求，合理選擇液壓系統(tǒng)回路，確保機(jī)械工作性能和液壓油充分過濾。如在DC-32搗固車、QS-650清篩機(jī)、SPZ-200整形車上都可選用液壓空調(diào)驅(qū)動液壓回路。

4）使用離心式凈油機(jī)后液壓油檢測分析。2009年1月份，在對60臺大型養(yǎng)路機(jī)械液壓油檢測結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)（設(shè)備編號DG04）DC-32搗固車液壓油油樣光譜和運(yùn)動粘度分析均正常，污染度為NASll級（見表2），建議更換新的液壓油。

2009年2月22日，我們在此臺DC-32搗固車安裝離心式凈油機(jī)進(jìn)行液壓油過濾試驗，經(jīng)過一個多月的運(yùn)用，4月8日再次對該車液壓油取樣檢測，油樣光譜分析、運(yùn)動粘度分析均正常，污染度為NASl0級（見表3）。建議該液壓油可繼續(xù)使用。

5月23日，第三次取樣檢測，液壓油油樣光譜分析、運(yùn)動粘度分析均正常，污染度為NAS9級（見表4）。經(jīng)過兩次油樣取樣檢測分析，液壓油的污染度指標(biāo)均有所降低，達(dá)到液壓油的使用要求。

通過上述試驗證明，DC-32搗固車的液壓油在未裝離心式凈油機(jī)之前已經(jīng)處于嚴(yán)重污染的狀態(tài)，應(yīng)該更換液壓油，安裝離心式凈油設(shè)備后，經(jīng)過2個月的使用，液壓油的污染度大大降低，由不合格轉(zhuǎn)向了合格，達(dá)到繼續(xù)使用要求。

4.經(jīng)濟(jì)性分析

以1臺DC-32搗固車為例，在未使用離心式液壓凈油機(jī)，每年需更換液壓油1200L，費用約2.16萬元；更換液壓油濾芯6個，費用約1.0499萬元（見表5），共計費用約3.2099萬元。離心式凈油機(jī)使用壽命為10年，每臺成本為9.8萬元，按照《中國神華能源公司固定資產(chǎn)價值與實物協(xié)同管理辦法》（中國神華財[2012]107號）規(guī)定，設(shè)備的年折舊率為8%，每年折舊費約為0.784萬元。每年節(jié)約成本約為2.4259萬元。

5.結(jié)語

大型養(yǎng)路機(jī)械使用離心式凈油機(jī)后，通過液壓油跟蹤檢測，無論是光譜分析，還是運(yùn)動粘度和污染度分析，都提高了液壓油油品，減少了液壓系統(tǒng)的故障，延長了液壓油和液壓元件的使用壽命。