轧钢生产线液压系统泄漏分析与控制.pdf

收稿日期2004 -03 -28 轧钢生产线液压系统泄漏分析与控制 周小明 张红卫 徐德忠 周昌勇 （新余钢铁有限责任公司高线厂 江西新余 338001 ） 摘要介绍了轧钢生产线液压系统的特点，分析了泄漏产生的原因、危害和主要部位，提出了控制泄漏的措施。 关键词液压系统；轧钢；泄漏；措施 中图分类号TP271 . 31 文献标识码B 文章编号0254 -0150（2005） DDDD 2 -171 -2 “采矿→烧结→炼铁→炼钢→轧钢”是大型钢铁 企业生产的基本过程，轧钢是钢铁企业出成品的最后 一道工序。轧钢生产线是将坯料经多道次压延轧制成 所需成品的生产过程。常见的轧钢生产线有中厚板、 薄板、板带、棒材、盘圆、管材及其它型材或异型材 生产线。这些生产线随着自动化程度和控制精度的提 高，液压技术的应用越来越广，液压系统越来越大型 化。 轧钢生产线的液压系统与传统液压系统有所不 同，具有以下特点 （1）泵站集中，控制阀台分散， 执行机构点多面广；（2）压力高、流量大，安装集 成化； （3）插装阀、比例阀和伺服阀等高精度控制 阀使用多； （4）执行机构动作频繁，速度高，响应 快；（5）液压系统所处环境恶劣，受高温、粉尘、 腐蚀、振动冲击影响较大；（6）设备连续作业，往 往没有足够检修时间对液压系统进行维护保养。这些 特点决定了轧钢生产线的液压系统故障多而复杂，排 除难度大。在众多故障中，液压油的泄漏是液压系统 常见故障之一，又是最难根治的故障。由于泄漏的存 在，不仅严重影响液压设备性能的发挥，而且还污染 环境，增加轧制成本，在一定程度上，制约着液压传 动在轧钢企业中的应用。 虽然从 20 世纪 90 年代以来，国外先进液压传动 技术不断大量引入，新材料、新技术、新工艺不断投 入应用，液压油泄漏问题得到一定缓解，但没有从根 本上得到根治，特别是与国际水平相比，仍有相当大 的差距。在钢铁行业中，液压泄漏控制仍然是一个薄 弱环节和设备维护的重点，其效果直接影响企业的效 益。 1 泄漏的分类及危害 液压系统的泄漏是指在液压元、辅件（包括管 道）组成的封闭容腔内，由于压差的存在，液压油 从高压侧通过缝隙流向低压侧而并不做功的过程。在 单位时间内泄漏的液压油称为泄漏量。液压系统的泄 漏（广义的泄漏）可分为内泄漏和外泄漏两种。 1. 1 内泄漏 内泄漏是指发生在液压元（辅）件内部的泄漏， 泄漏油仍在液压系统中循环。内泄漏又分为有益内泄 漏和无益内泄漏两种 （1）有益内泄漏是指在液压传动中起润滑或控 制作用而必须存在的泄漏。例如，齿轮泵齿轮端面与 侧板之间，齿轮轴与轴套之间，叶片泵叶片端面与配 油盘之间，径向柱塞泵的滑靴与配油盘之间，等等。 一般在设计时就考虑了要用自身的部分液压油来润 滑；减压阀要泄漏一小部分先导控制油来实现稳定调 压。 （2）无益内泄漏是指在液压系统中，由于密封 失效、磨损使间隙变大或因阀芯动作不到位造成的泄 漏。例如油缸活塞两端的窜油；轴向柱塞泵中滑靴 与配油盘磨损后，间隙变大，超过设计规定值的泄 漏；电磁阀阀芯动作不到位造成的泄漏。 1. 2 外泄漏 外泄漏是指高压侧在液压系统的封闭腔内，低压 侧在元（辅）件表面的大气中，液压油由内腔流向 外表面大气中的泄漏。外泄漏可分为有益外泄漏和无 益外泄漏两种 （1）有益外泄漏是指用于润滑运动摩擦副表面 的泄漏。例如，在液压缸的活塞杆上就粘附着一层液 体，形成薄薄的油膜，可以对密封圈起润滑作用，这 部分损耗的油对元件起保护作用，是有益的。又如某 些设备的导轨或滑道，利用液压系统的外泄漏来润滑 摩擦副。 （2）无益外泄漏是指既不起润滑作用，又不传 递动力做功的外泄漏。这种泄漏在液压系统中普遍存 在，又称狭义的泄漏，简称泄漏。 有益内泄漏和有益外泄漏尽管都会降低液压系统 的传动效率，但是这部分泄漏在元件设计和制造时是 允许存在的，对简化元件结构、延长元件寿命、提高 元件控制稳定性和精度特别有利，其泄漏量有标准控 制和规定。但在液压系统的实际使用维护中，也必须 对有益内泄漏和有益外泄漏加以控制，否则，当泄漏 量超过标准规定值时，就变成有害无益的内泄漏和外 2005 年 3 月 第 2 期 （总第 168 期） 润滑与密封 LUBRICATION ENGINEERING Mar. 2005 No. 2 （serial No. 168） 泄漏了。例如轴向柱塞泵的滑靴和配油盘是靠有益 内泄漏来润滑摩擦副和带走摩擦热的，当磨损加剧， 摩擦副之间的缝隙变大时，内泄漏量就会增加，超出 规定值部分，就变为无益内泄漏；液压缸活塞杆密封 圈是靠有益外泄漏来润滑的，当粘附的油膜过厚时， 就会被密封圈刮成液滴，转化为无益外泄漏。 1. 3 泄漏的危害 无益内泄漏和无益外泄漏对系统的影响和危害都 很大，其危害主要表现为（1）降低液压系统的使 用性能，如压力控制性能、速度调节性能、功率输出 等，严重时造成系统无法工作；（2）增加液压系统 的运行成本，如油耗、电耗、元件损耗等；（3）污 染环境，危害人身健康；（4）增加火灾隐患，危及 设备和人身安全。 近几年来在轧钢企业中，由于无益外泄漏造成的 火灾损失增大。主要是因为（1）轧钢设备的电气 自动化程度提高，各种电缆增多，布置复杂，电缆往 往又和液压管路交织在一起，泄漏的液压油不仅会污 染电缆，而且会加速电缆老化，造成短路，引起火 灾； （2）轧钢生产线上经常有高温的氧化铁皮飞溅， 当溅到有泄漏油积存的地方时会引起火灾；（3）轧 钢设备检修时，经常要使用电焊、气割、气焊等具有 高温火焰的工具，很容易引起液压油燃烧并造成火 灾；（4）热轧生产线上轧的是热坯，高温设施多， 当液压系统发生喷射泄漏时，高温使大量油雾迅速燃 烧，引起火灾。例如某高线厂在 3飞剪处因一根 Ф16 的高压油管断裂，发生喷射泄漏，高压油正好喷 在 3 m 多远的剪头剪尾收集坑，迅速引起大火，造成 进入集中控制室的电缆烧毁，停产了 8 h。 为了减少火灾造成的损失，有的液压系统选用了 抗燃液压油，但会增加运行成本和设备维护难度。所 以，在一些不是特别易燃的场合，应尽量选用通用抗 磨液压油，通过加强对泄漏的控制来减少故障，杜绝 火灾。 2 泄漏的原因及表现形式 在液压系统中，从元件到辅件，从油箱到油缸、 马达各个环节，都可能存在泄漏问题，造成泄漏的原 因很多，从使用维护角度分析，产生泄漏的主要原因 有 （1）缝隙（孔隙）变大。由于缝隙变大，在两 端压力差的作用下，便产生泄漏。主要表现在①缝 隙密封的结合面。无论平面（平行面和倾斜面）缝 隙，还是环面（柱面和锥面）缝隙，当磨损加剧， 间隙变大时，泄漏量会增加。例如滑阀，当阀芯与阀 体的间隙变大时，内泄漏会增大；②密封件密封的结 合面。当密封件磨损、老化和压缩量不足时，会产生 缝隙和孔隙，引起泄漏。如油缸活塞和活塞杆的密 封，当密封件磨损后，内泄漏和外泄漏会显著增加。 （2）振动和冲击。无论是受迫振动，还是自激 振动，无论是高频，还是低频，都会产生交变应力， 造成紧固件松动或产生裂纹，从而导致泄漏。如采用 紧固件连接的管接头、法兰、阀块等，当受到振动影 响时，容易造成紧固件松动，引起密封面失效而产生 泄漏；采用焊接连接的钢管、管接头、法兰等，当受 到振动冲击时，在有应力集中的焊缝和加工面，很容 易振裂，产生泄漏。 （3）高温。主要表现在①高温会使液压油粘 度降低，变稀，加剧缝隙泄漏；②高温会使非金属密 封件软化，降低强度和加剧老化，破坏密封结构，导 致泄漏；③高温会使液压油氧化变质，降低润滑性 能，加剧运动副磨损，导致大量泄漏；④高温会造成 元件非正常膨胀，导致阀芯动作不灵，甚至卡死，引 起泄漏。 （4）元件（含辅件和密封件）装配不合理、操 作不当或元件本身有质量缺陷、使用寿命已到等引起 泄漏。如 O 形圈被划伤甚至剪断，油管破裂，阀芯 弹簧失效等。 （5）杂质污染。主要表现在①杂质会使阀芯 卡死或堵塞阻尼小孔造成动作不灵，密封失效，从而 引起泄漏；②杂质会使运动摩擦副磨损增加，引起泄 漏。 3 控制措施 液压系统的泄漏控制应从设备前期管理开始，通 常设备前期管理是指从设备规划到设备投产这一阶段 的全部管理活动，其中包括设备规划、设备选型购 置（或设计制造） 、设备的安装、调试和试运行等工 作。这一阶段必须有液压专业技术人员进行把关，否 则一旦存在缺陷，往往会给日后的设备运行管理 （即设备使用、维护、检修）带来很大的难度。 治理泄漏是一项系统工程，需要各个环节配合。 作为轧钢企业，从设备使用、维护、检修方面考虑， 主要采取以下措施来控制和治理泄漏 （1）选择使用优质的液压油①适宜的粘度和 良好的粘温特性，以满足系统的各种工况；②优良的 润滑性和剪切稳定性，以减少磨损引起的缝隙泄漏； ③良好的氧化稳定性，保证液压油不变质，减少元件 损坏造成泄漏；④与密封材料兼容性优良，不造成密 封材料溶解、胀大、软化或硬化；⑤良好的抗泡性， 防锈性等。 （2）合理选用密封材料并不断改进不合理密封 机构①保证密封件必须有一定的过盈量和过盈量自 动补偿；②密封件耐磨、耐高温和 （下转第 174 页） 271润滑与密封总第 168 期 冲洗一遍，待干燥； ②将胶粘剂中的 A 组分和 B 组分按比例混和 （若太粘稠可稍加热至 30 ℃左右） ，搅拌均匀，为提 高耐磨性和固化性可将少许石墨粉掺入其中再搅拌均 匀； ③把配制好的粘补剂搽抹到磨损的“V”形沟槽 中，搽抹的粘补剂要稍高于轴径表面； ④用一张硬纸条将已搽抹的轴径表面缠绕起来， 外面再用绳子捆扎一下，以排除粘补中的空穴，使其 密实； ⑤将轴端置于 60 ℃的环境下加热（也可用碘钨 灯烘烤）6 h，待干后去掉绳子和纸条。 3 缸体上水歧管裂缝的应急处理 缸体上水歧管产生裂缝造成漏水，也可用胶接补 缝的方法进行修补，胶粘剂用 XH1122 组分的结构 胶粘剂，粘补前先用电动手砂轮将裂缝加工成“U” 形坡口，用汽油清洗坡口，用同样的方法将配制好的 粘补剂搽抹在已干燥的坡口内，但应注意搽抹方向， 要与坡口走向垂直，且每次搽抹要相互重叠衔接，搽 抹完毕后，在 70 ℃ 加热条件下，保持 6 h 左右，即 可使用。实践表明，此种修补方法既简单又方便可 靠。 4 分电器盖裂纹的应急处理 汽车分电器盖有裂纹而漏电时，可以根据不同的 损坏部位及程度，采取不同的应急处理措施。 （1）分电器盖分插座孔间有裂纹漏电时，会出 现点火顺序错乱，化油器回火，严重时发动机不能起 动。其处理方法可把裂纹处用废断钢锯条刮净，然 后用打火机微火烧烤裂纹，使胶面熔化，封闭裂纹即 可。 （2）分电器盖裂纹漏电，可在裂纹中部钻孔， 以空气的绝缘作用防止漏电；也可以在裂纹两端各钻 一个小孔，以防止裂纹延伸，然后再在裂纹处开 “V”型槽，填入环氧树脂胶或其它适用的胶，也可 熔入沥青或腊等，待凝固后即可使用。 5 汽油泵软木衬垫不密封的应急处理 软木衬垫长久使用后，由于长时间的压紧而僵 硬，如果再继续使用，将影响密封性能，容易造成渗 漏。在没有新件可更换的情况下，可将旧垫用热水 （可从散热器放出）浸烫，几分钟后就能软化，再装 上使用，密封性能即可得到改善。 6 汽油泵油阀漏油的应急处理 汽油泵进、出油阀漏油时，会削弱供油的功能， 出现供油不足现象，这是油阀用久磨损不平所致，可 磨平复用。研磨时，将胶木制的油阀平整地放在油石 上平磨，研磨后要求平整光洁。 （上接第 172 页）低温性能好；③抗腐蚀、抗老化性 好；④便于安装。 （3）保证系统工作油温控制在 35 ～ 45 ℃ 范围。 目前，机械设备的稀油润滑的油温一般控制在 40 2 ℃为最佳，液压系统的油温应控制在40 5 ℃比较合 适。主要控制措施有①分析热源，并排除热源；② 增设旁路循环泵冷却；③选用带闭环控制的自动调节 阀控制冷却水流量，保证控制精度。 （4）减少振动和冲击。在轧钢设备中，无论是 机械设备，还是液压设备，振动和冲击都是普遍存在 的，要想消除它们非常困难，甚至是不可能的，所 以，首先要考虑减少振动源。主要控制途径有①合 理安装和调定液压泵，减少泵因同轴度误差、困油和 流量脉动引起的自激振动；②合理选用高性能的控制 阀，减少阀因气穴、压力脉动和换向冲击等产生的自 激振动；③用隔振的方法将振源隔开，防止振动传 递，引起共振。控制途径是合理安装和使用避振喉、 减振器、胶管等零件来隔振；④要考虑是吸收和衰减 振动，控制途径是在管路上设置蓄能器或使用阻尼缓 冲材料固定，如木头、塑料、橡胶及其它高分子。 （5）污染度控制在 NAS7 级以内。主要控制措施 有①增大过滤面积，使用高粘度、大过滤比滤芯过 滤油液；②采用高压过滤，回油过滤和旁路过滤相结 合的方式过滤油液；③减少更换元件时带入的污染 物；④及时更换磨损件，减少机械磨损产生的大量污 染颗粒；⑤对新油进行过滤，防止新油污染。 （6）加强日常维护保养工作。主要措施有① 经常检查紧固件及接头，防止松动；②合理制订密封 件更换周期，并定期更换；③定期更换滤芯或更换油 液；④定期更换高压胶管，防止破裂；⑤定期监测系 统的压力、温度、振动等参数，发现异常及时排除。 （7）加强液压设备的维护。主要措施有①使 用液压专业工程技术人员管理和维护液压设备；②定 期对管理和维护人员进行液压、机械、电气技术的培 训。 4 结束语 虽然泄漏问题较为复杂，治理比较困难，特别是 在钢铁企业，由于缺乏液压专业技术人员，要解决泄 漏问题更不容易。但只要企业重视，液压系统的泄漏 问题还是可以控制的。我厂高线投产一年来，经过努 力，有的设备已经做到“零泄漏” ，有的设备虽然没 有做到零泄漏，但泄漏已得到了有效的控制，取得了 较好的效益。 471润滑与密封总第 168 期