井下鑿巖設備液壓系統的污染與控制

田生琛

（甘肅鏡鐵山礦業公司，甘肅 張掖 734000）

樺樹溝礦區井下鑿巖設備主要分為中深孔鑿巖設備及掘進鑿巖設備，中深孔鑿巖設備主要有Simba H1354臺車、M4C臺車、DL2720臺車，掘進鑿巖設備主要有Boomer282臺車及DD2710臺車。在上述各類設備中，最常見的設備故障為高壓膠管的爆裂，而在井下特殊環境下更換高壓膠管，則極易造成油品的污染。鑿巖設備的核心為液壓系統，在液壓傳動系統中，液壓油起著關鍵作用，在鑿巖設備中，它相當于人體的“血液”。因此，油品清潔度對于液壓系統運行的穩定性具有很大影響。

1 液壓系統的組成

液壓系統在工作過程中，主要依靠液壓油作為工作介質來完成整體工作，一個完整的液壓系統主要包括五個組成部分，液壓油與動力元件、控制元件、執行元件、液壓輔件有效銜接起來，共同完成復雜的工作任務。液壓系統與人體工作極為相似。

動力元件：動力元件能將原動力輸出的機械能轉化成最終的液壓能，主要作用是給整個系統提供壓力油。采掘設備主要由電機驅動液壓泵給系統提供液壓能，動力元件相當于整個液壓系統的心臟。

執行元件：執行元件能把液壓能轉化成機械能，然后驅動整體的機械結構來完成工作。執行元件主要包括液壓缸以及液壓馬達，執行元件相當于人體的各個軀干（手、胳膊、腿、腳等）。

控制元件：控制元件能夠有效地控制系統的壓力、流量、方向等，主要包括各類閥塊（壓力控制閥、方向控制閥、流量控制閥）。控制元件主要通過對各方面進行控制，然后實現對整體元件速度以及方向的控制，從而有效地實現對設備的過載保護以及程序控制。控制元件相當于人體的大腦，給各個執行元件提供信號、指令。

輔助元件：指除動力元件、執行元件、控制元件以外的其他元件，如：管道、管接頭、郵箱、過濾器等。

液壓傳動系統是一個整體，各元件間相互影響、相互制約。且各個元件之間都以一定的方式進行連接，特別是輔助元件，看似所起的作用不大，但缺一不可，缺少任何一件細小元件都會影響液壓系統的正常運行。

井下采掘設備的動力源主要是1 kV的電能，在整個系統中，1 kV的電能通過電動機將電能轉化成機械能輸入至液壓系統的液壓泵中，液壓油是整個系統運行過程當中的介質，電機所提供的機械能在經過液壓泵之后可以轉化成液壓能，進行能量傳遞，然后通過控制元件（各類閥）轉化為執行元件的機械能，實現執行元件（各種液壓缸及液壓馬達）的需求動作，從而完成鑿巖作業。

2 液壓油的污染及其危害

2.1 污染物的種類、來源

在液壓工作介質當中，只要是油液成分以外的物質，都將其歸置為污染物。其中主要包括水、空氣或者一些固體的顆粒等，此外，還有一些微生物、化學物質等。結合現場實際環境條件，井下采掘設備中油品的污染物主要為固體顆粒物（粉塵）、水以及空氣。

2.1.1 粉塵

由于通風條件限制，井下作業環境較差，時常出現粉塵較多的情況。設備在此環境之下進行檢修時，很難管控粉塵進入液壓系統的途徑。

在進行各類液壓元件的更換作業時，比如更換液壓缸、液壓閥或者各類液壓輔件，都需要拆下管接頭進行更換。每當拆卸完管接頭后，現場粉塵會直接與液壓油接觸。此外，設備高壓膠管頻繁爆裂后的更換過程中，粉塵也會通過接頭與油品接觸，造成液壓油品的污染。樺樹溝礦區井下鑿巖設備平均每天都會有高壓膠管爆裂的情況。

在進行液壓油的加注作業時，若設備的油位過低，系統就會報警停機，此時便需要加注液壓油。加注液壓油的過程中，使用的加油工具、油品以及設備油箱口都會直接與現場粉塵接觸，造成油品的污染。

2.1.2 水

井下采掘設備液壓系統的降溫主要靠水通過冷卻器進行冷卻來實現，此外，在進行鑿巖作業時，現場產生的巖粉也是通過水來進行沖洗排污。水通過冷卻器會進入液壓系統，造成油品污染。

2.2 油液污染對液壓系統的危害

1）顆粒污染物的堵塞和淤積引起元件故障。

2）加劇元件磨損，導致元件泄露、性能衰退、加速油液性能劣化變質等。

3）空氣侵入會降低油液的體積彈性模量，使系統的剛性和響應特性變差；壓縮過程能量的消耗會使油溫升高，從而導致氣蝕，加劇元件損壞，引起震動噪聲；加速油液氧化變質，降低油液的潤滑性；氣穴破壞會摩擦副耦合件之間的油膜，加劇元件磨損。

4）油液中侵入的水與油液中某些添加劑的金屬硫化物（或氯化物）作用產生酸性物質而腐蝕元件；水和油液當中的一些添加劑會發生反應，出現一些沉淀物或者膠質有害物，加快油液的變質；水會導致油液乳化，降低其潤滑性；低溫下的油液當中的微小的水珠會變成冰粒堵塞間隙孔，導致系統出現故障。

3 液壓油的更換

在使用液壓油的時候，液壓油會因為外界的一些因素（如空氣、水）以及內部的一些因素（如液壓油的化學組成以及添加劑等），使工作介質或快或慢地發生物理變化、化學變化，進而逐步地老化變質。油液的變化主要表現在：水分增加、機械雜質增加、黏度增加或減少、抗乳化性變差、穩定性變差等。

為了保證液壓系統工作的可靠性，要對油液的一些主要性能參數進行定期性、經常性地檢測，當液壓油劣化并超出規定的技術要求（換油指標）時，必須換油。常見的有以下三種換油方式。

3.1 定期換油法

依據主機的具體環境條件以及其對于油品的需求，規定好換油周期，按照實際的工作情況，比如運營半年或運營一年對其進行換油。然而，此種方法實際上并不科學，油品在使用過程中很容易被污染，而由于換油周期沒到，往往會在油品污染的情況下還繼續使用，影響液壓系統穩定運行。

3.2 目測檢驗換油法

定期從運行的系統中抽取油樣跟新油進行比較，觀察油樣的變化，比如油樣是否出現了發黑、發臭的情況，或者檢測人員自己感覺已出現了被污染的情況，就決定換油。實際上，這種方法存在著個人主觀臆斷的情況，因為每個人會根據自己的經驗或者感覺的不同來對其進行判斷，所以在使用此方法對換油進行判斷時，存在一定的局限性。

3.3 定期取樣化驗換油法

定期對一些項目進行測定，比如定期對油樣的腐蝕性、酸值等進行測定，之后跟規定的劣質油進行比對，一旦一項或者是幾項超過了標準的話，就必須進行換油處理。換油指標也會因主機類型、工作條件及油品不同而異，但定期檢測的項目大同小異。這種換油方式相對科學，可有效減少由于油液原因導致的系統故障，又能充分合理利用油液，減少浪費。

4 液壓系統污染的控制措施

新設備投入使用之前，在各液壓元件及管路之間裝配時可能存在清洗不干凈、夾雜有毛刺、雜質等污染物的情況，以下簡要分析外界及系統內部因素造成的污染控制措施。

4.1 外界因素造成油液污染的控制措施

把存放液壓油的容器放到干凈地方；在油箱或油桶注入的地方放置好過濾裝置，保證油箱跟油桶的密封性；從油桶中取油之前，首先應清除周圍覆蓋的污染物，比如粉塵等；加油之前應清洗器具，漏出來的油若未經過沉淀，不能返回油箱。

4.2 系統內部因素造成油液污染的控制措施

在系統中設置具有一定過濾度的過濾器，并且在日常使用過程中注意好維護以及檢查，及時完成污染物的清理；如果發現污染度超標的情況，需及時查明原因，并及時消除污染源，避免出現更大的故障；定期進行油樣取樣，消除污染物以及各種水分的影響，并且明確需對哪些因素進行更好控制；若要將油箱放空，則需徹底清除油箱里的殘留物。

5 結語

為保證油品清潔度，在設備使用及維護過程中，一定要減少系統性的污染，且在檢修時候不應造成額外污染，這就要求工作人員必須要有高度的責任心，嚴格按照相關要求進行操作，不可將任何污染物帶到系統當中。在拆裝時，需要將油口包住，防止污染物的進入，更換的元件在安裝之前必須清洗干凈，加入的油品首先要進行過濾。此外，還應提高檢修工作人員對污染問題的重視度，加強監督和檢查，減少各種器具亂放情況，盡可能減少會使系統出現污染的機會，從而避免污染問題的產生。