【经验交流】浅析连铸设备液压系统的泄漏

浅析连铸设备液压系统的泄漏一、概况

在钢铁企业中，连铸是出半成品的生产工序，常见的连铸设备有：小方坯连...

一、概况

在钢铁企业中，连铸是出半成品的生产工序，常见的连铸设备有：小方坯连铸机、大方坯连铸机、圆坯连铸机、板坯连铸机、异形坯连铸机。这些连铸机随着产品档次的提升及自动化程度、控制精度的提高，液压控制技术的应用越来越广泛。
连铸设备的液压系统一般具有以下特点：液压泵站集中，控制阀台分散，执行机构多且复杂；压力高、流量大，执行机构动作频繁；高精度控制阀如比例阀使用多，管路复杂、弯头、三通多；工作环境恶劣，高温、粉尘、振动等；设备连续作业，液压系统运行率很高。

由于这些特点的存在，使连铸设备的液压系统故障复杂且排除较难。在众多液压故障中，液压油的泄漏是液压系统最常见的故障也是最难根治的故障。由于泄漏的存在，不仅严重影响液压设备运行性能的发挥，而且还污染环境，增加生产成本，因此对连铸设备液压系统泄漏的防治非常重要。


二、泄漏的形成原因
泄漏与密封是密切相关的，下面我分析密封的机理与影响泄漏量的一些因素。密封的宏观机理是间隙两端压差所引起的推力F不应大于液层间的内摩擦力f；平面间隙和柱状环形间隙的泄漏量与间隙大小的三次方成正比，与压力差成正比，与粘度及间隙长度成反比，在间隙密封及密封圈只起部分作用时基本符合此规律。当采用设计与安装均较理想的O型密封圈时，则实验证明运动密封圈的泄漏量Q与直线运动速度V的平方成正比，与密封圈硬度有关的函数 成反比。当相对运动时，密封圈接触处产生凹形小区，油进入小区变成高压区而推开密封圈，造成泄漏。可见，从稳态分析看，泄漏量的相关函数是很复杂的。从动态分析，则更为复杂。如在较低温度变化与运动起动状态，可以发现泄漏量与运动粘度v的1.5次方成正比。有关这方面的基础工作与实验工作还不完善尚待研究部门进一步研究，以便更好的掌握泄漏的共性与随机规律，加以综合防治。
从上述泄漏量公式与技术设计角度及现场观察来看，造成泄漏的主要原因是间隙控制问题、液压冲击问题和温升发热问题。
（一）间隙控制不当造成泄漏
间隙的形成主要有以下几种原因：（1）原始间隙不妥：主要是由于加工原因引起的，如加工粗糙、不平整、接头配管不良等；（2）装配引起间隙畸变：如动配合偶件装配误差、密封圈压缩量不适、管接头装配误差等；（3）磨损后间隙扩大，如污染颗粒导致的磨损、加工面毛刺及锈蚀、偶件材料匹配不当、间隙过小而磨损、自然磨损未修复等。
（二）液压振动与冲击造成泄漏
连铸液压系统因其传递功率大，动作响应快，容易产生系统振动和冲击，从而引起紧固件松动、焊缝振裂、密封面失效产生泄漏。液压冲击所产生的瞬时压力往往比正常压力高好几倍。由于液压冲击引起的泄漏现象一般为密封圈损坏、接头与法兰松动、机件原始强度恶化（如管子和缸筒）。液压冲击在液压系统中主要产生于变压、变速、变向或停车的过程中。如在我车间去毛刺机以及升降挡板升降油缸在工作中测得在工作压力17.5MPa时，进油管在工作过程中0.28秒过渡中产生40MPa以上的高压，多次液压冲击的疲劳与管子共振现象使管子产生微裂甚至爆裂，产生泄漏。
（三）温升发热引起泄漏
连铸设备的液压系统受热坯辐射影响，加之其本身因动作快自身产热量也高，容易造成系统工作温度超高。液压系统温升发热引起泄漏，主要是由于油液粘度下降，热冲击引起压力增加与间隙变化，发热使油液变质，以及密封圈硬化膨胀等所致。油液温度长期在15度以下低温下，会导致密封圈硬化而部分或全部失效，所以要避免这种情况的发生；另外油温超过60度时粘度会大大降低，并引起油液的变质。温升对正常间隙的影响会使泄漏量上升，温升使正常间隙变小容易变形发卡而增加磨损，最终使间隙更大而增加了泄漏量。油液受热使压力升高也是引起泄漏增加的原因之一。至于温升发热使油液变质，胶状物沉积于密封圈损坏失效，以及软管、滤油器损坏等对泄漏的影响更显而易见。
（四）杂质污染
杂质会使运动副之间磨损加剧，引起泄漏；杂质也会使阀芯卡阻，动作不到位引起泄漏；杂质还会使各种密封件、密封面损伤引起泄漏。

三、防漏治漏措施
液压系统防漏与治漏的措施主要有以下几个方面：
（一）综合考虑，控制间隙
控制间隙是个复杂的问题，需要考虑多方面的因素。解决泄漏的关键是要从设计、加工、管理、装配与分析使用条件等多方面加以综合控制。原始间隙主要是由设计与加工决定的，而大量的是加工方面的问题，如螺纹孔加工尺寸、加工精度超差，极易产生漏油；密封件选型不当，装配不当，沟槽尺寸不当及装配时造成划伤均会导致密封件早期损伤而产生泄漏；另外应尽量减少油路管接头及法兰的数量，将现有管路上的一些无用的管接头焊死，在设计中广泛采用叠加阀、插装阀、板式阀以及集成块组合，减少管路泄漏点，都是防漏的有效措施。
（二）保护液压设备，减小机械振动和冲击压力
液压系统的冲击主要产生于变压、变速、换向的过程中，此时的管路内流动的液体因很快的换向和阀口的突然关闭而瞬间形成很高的压力峰值，使连接件、接头与法兰松动或密封圈挤入间隙损坏等而造成泄漏。减少因冲击和振动而引起的泄漏，主要有以下几种措施：用减振支架固定所有管子以便吸收冲击和振动的能量；采用带阻尼的换向阀、缓慢开关阀门、在液压缸端部设置缓冲装置；使用低压冲击阀或蓄能器来减少冲击；尽量减少管接头的使用数量，且管接头尽量用焊接连接；使用螺纹直接头、三通接头和弯头代替锥管螺纹接头等。在我们连铸车间曾多次出现因振动、冲击使液压管接头松动与液压油管破裂，我们通过适当的降低液压压力、使用金属软管代替部分液压硬管、管接头尽量用焊接连接等措施，排除了故障。
另外液压设备长期使用后，泄漏量渐渐增加，这种现象是机械振动或冲击压力直接或间接地传到液压系统中造成的。因此，在设计中应使液压设备避开振源，并且不要把液压设备安装在运动部件上。在设备工况的许可下，应尽量延长换向时间。采用了直流电磁阀和阀芯上带有缓冲锥的电磁换向阀以及弱电电磁阀。在系统中装入合适的压力控制阀和单向阀就可消除这种冲击压力。另外，在泵的出油口采用软管连接或装上脉动吸收器，也可消除压力脉动。
（三）减少因发热引起的泄漏
液压油温度过高，会导致油液粘度下降，油液变质，热冲击引起压力增加与间隙变化，密封圈硬化膨胀等。为了减少发热升温引起的泄漏，从液压系统设计角度出发，首先要节制热源，其次要充分散热；另外还要注意减少气体混入系统的油液中（因气体压缩能转化为热能），以及减少压力损失、限制阀内油液流速，尽可能采用变量泵、双连泵与泄荷阀，选用泵与阀的额定流量要与缸速匹配，避免大量液流等。
　（四）控制好系统的污染
控制好系统的污染，主要措施有：增大过滤面积，选择优质过滤器，并采用高压过滤、回油过滤、旁路过滤相结合的方式过滤油液，对新油加入之前进行数次过滤，达标后再加入油箱，更换元件检修管路时防止外界污染侵入，及时更换磨损件等。
四、结语
液压系统的泄漏问题较为复杂且治理较难，特别是在连铸设备中，液压系统多、大且较复杂，解决泄漏更是不易。但只要企业重视，有一整套科学的管理、维护方法，液压系统的泄漏问题还是可以得到控制的。南钢中厚板卷厂连铸车间共有4套液压系统，投产5年以来，经过技术人员及技术工人的共同努力，已基本消除了液压泄漏故障。特别是在平衡系统中，做到了“零泄漏”，取得了很好的效益。

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