Гидравлическая система экструзионного пресса: проблемы и решения

«Руководство по техническому обслуживанию пресса для экструзии алюминия»

Ниже представлен обзор технического обслуживания гидравлической системы экструзионного пресса линии прессования алюминия из известного американского «Руководства по техническому обслуживанию пресса для экструзии алюминия» Эла Кеннеди (см. ссылку в конце статьи). Этот обзор касается основных элементов гидравлической системы пресса: насосов, трубопроводов, клапанов, фильтров, главного масляного бака, масла и тому подобного. Однако, здесь не затрагиваются принципы гидравлической системы и управление ей. Эти аспекты раскрываются в специальных курсах по обучению персонала.

Гидравлическая жидкость — гидравлическое масло

На большинстве прессов для экструзии алюминия в качестве гидравлической жидкости применяется индустриальное масло. Поэтому ниже взаимозаменяемо применяются термины «масло» и «жидкость». Однако надо иметь в виду, что в мире немало прессов работает на воде и, кроме того, давно ведутся разработки по получению негорючей гидравлической жидкости, которая была бы пригодна для работы в экструзионных прессах.

Грязное масло – 75 % проблем

Считается, что 75 % всех проблем гидравлической системы экструзионного пресса являются прямым результатом загрязнения масла.

Пена или воздушные пузыри указывают на аэрацию масла, которая может быть причиной кавитации и преждевременного выхода из строя насосов. Если масло становиться темнее, то это может указывать, что оно было перегрето. Появление в масле «облаков» указывает на увеличение в нем содержания воды.

Загрязнение масла затрудняет выполнение им четырех основных функций, как гидравлической жидкости:

  • действовать как среда для передачи энергии;
  • смазывать внутренние подвижные части компонентов пресса;
  • служить средой для передачи тепла;
  • герметизировать малые зазоры между подвижными частями.

Загрязнения масла могут присутствовать во многих формах, наиболее часто – в виде твердых частиц, воды и захваченного воздуха.

Загрязнение твердыми частицами

Твердые частицы вызывают проблемы, связанные с износом, и, кроме того, снижают смазочные свойства гидравлических жидкостей. В результате этого внутренние детали, такие как крыльчатки насосов, а также различные клапаны, которые управляют потоками масла или регулируют давление, будут работать с отклонениями от штатной работы. Такие чувствительные компоненты как сервоклапаны могут забиваться и полностью выходить из строя.

В зазорах между подвижными частями пресса скапливают мелкие частицы загрязнений. Такие загрязнения являются наиболее частой причиной выхода из строя соленоидных клапанов, неточного их позиционирования и общего износа.

Частицы с размерами, близкими к величинам зазоров, нарушают процесс смазки и ускоряют абразивный износ. Они также вносят вклад в так называемую «цепную реакцию износа», когда абразивное действие помогает создавать новые частицы из поверхностей компонента оборудования. Это явление ускоряет износ до тех пор, пока не произойдет катастрофическое разрушение.

Более крупные частицы ограничивают или блокируют течение через зазоры и отверстия, что приводит к неправильной работе, повышению рабочей температуры, сильному падению давления и часто к катастрофическим разрушениям.

Размеры этих «вредных» частиц составляют обычно менее 40 микрометров и поэтому не видны невооруженным взглядом. Для сравнения обычная толщина человеческого волоса составляет около 70 микрометров.

Чистота гидравлической жидкости

Уровень чистоты жидкости измеряется в терминах количества частиц различных размеров в удельном объеме жидкости. Для подсчета количества частиц применяют очень чувствительные световые микроскопы.

Для оценки уровня чистоты применяется специальный код ISO. Этот код ISO состоит из двух чисел: первое относиться к количеству частиц, размер которых более 5 мкм, на миллилитр, второе – количество частиц, размер которых больше 15 мкм, на миллилитр.  Числа в коде ISO – это не количество частиц, по этому числу в специальной таблице указанно фактическое количество частиц. Например, код ISO 17/14 означает, что жидкость содержит 1300 частиц размером больше 5 мкм на один миллилитр и 160 частиц размером больше 15 мкм на один миллилитр.

Надо помнить, что новое масло необязательно является чистым маслом. Обычно новое масло имеет загрязнение до ISO 18/15 и выше. Поэтому все масло перед заправкой в работу должно фильтроваться.

Загрязнение водой

Вода является обычным загрязнителем гидравлического масла. Это загрязнение может причинять повреждения следующих типов:

  • коррозия поверхности металлов;
  • ускоренный абразивный износ;
  • усталостное разрушение подшипников;
  • неоднородная вязкость.

Вода может попадать в гидравлическую систему различными путями. Она может входить через изношенные уплотнительные прокладки главного цилиндра и через отверстия главного масляного бака. Постоянным источником воды является влага, которая конденсируется на стенках внутри масляного бака.

Кроме того, что вода является причиной ржавчины и коррозии, она приводит к росту микроорганизмов, которые сокращают срок службы масла, повреждают рабочие поверхности и нарушают однородность характеристик масла.

Каждая жидкость имеет точку насыщения водой, выше которой она больше не может ее растворять. Любая «лишняя» вода находится в масле в свободном состоянии или в виде эмульсии. Это выглядит как белесое или обесцвеченное масло. При содержании воды всего лишь 0,03 % уже может достигаться насыщение ею масла.

Загрязнение водой до 2 % обычно может удаляться с помощью фильтров с абсорбентами, которые помещаются в стандартные фильтры. Если содержание воды составляет более 2 %, то требуется специальная обработка масла, например, с помощью специальных центробежных устройств.

Предотвращение загрязнения масла

Контроль загрязнения масла подразделяется на два направления: исключение и удаление. Необходимо исключить насколько это возможно попадание любых загрязнений в гидравлическую систему.

  • Воздушные клапаны масляного резервуара должны иметь фильтры, которые нужно периодически менять.
  • Уплотнительные прокладки на цилиндрах пресса должны подвергаться регулярному техническому обслуживанию и содержаться чистыми, чтобы эффективно задерживать загрязнения.
  • Во время технического обслуживания шланги и трубопроводы должны быть заглушены.
  • Промывать все системы перед запуском в эксплуатацию и после выхода агрегатов из строя.
  • Фильтровать все жидкости перед запуском их в работу.
  • Чаще чистить всю систему – промывать, удалять посторонние предметы (тряпье и т. п.).
  • Следить за появлением новых протечек масла и предотвращать попадание в систему любых загрязнений.

Фильтрование масла

Система фильтрования масла должна работать постоянно, даже когда пресс не работает, например, по выходным.

На всех фильтрах должно быть указано, когда должна быть очередная замена их картриджей. Кроме того, при каждой смене картриджа всегда нужно сливать все масло из корпуса фильтра и чистить его.

Некоторые эксперты рекомендуют ежегодную чистку главного масляного бака пресса (масляного аккумулятора) с предварительной перекачкой масла во вспомогательную емкость. В таком случае при возврате масла в чистый масляный бак его обязательно пропускают через фильтры и устройства для удаления воды.

maslyanye-filtryРисунок 1 – Масляные фильтры в линии гидравлической системы
(Filters – Фильтры; Oil circulation pump – Насос циркуляции масла)

Температура масла

Температура масла должна поддерживаться не выше 60 ºС. Температура выше этого уровня приводит к порче масла, потере им смазывающих свойств и повышенному износу насосов.

Необходимо периодически проверять теплообменники на протечку масла или воды, особенно на предмет попадания воды в масло, на отсутствие чрезмерного нагрева, а также работы системы подачи воды для поддержания температуры масла ниже установленной температуры. При остановках пресса на ремонт или профилактические работы нужно слить масло из теплообменника и проверить его на наличие следов коррозии. При необходимости чистят или заменяют цинковые аноды.

trubchatyy-teploobmennikРисунок 2 – Теплообменник типа «труба в трубе»

teplobmenik-plastinchatyyРисунок 3 – Пластинчатый теплообменник

Уровень масла

Необходимо каждый день проверять уровень масла в масляной баке и доливать его при необходимости. Уровень масла нужно проверять, когда главный поршень находится в одном и том же положении. В зависимости от того, где находится главный поршень по отношению к главному цилиндру, может быть значительная разница в уровне масла в масляном баке. Низкий уровень масла может быть результатом чрезмерного его нагрева или попадания в систему воздуха.

Анализ масла

Большинство загрязнителей в гидравлическом масле нельзя увидеть невооруженным взглядом. Частицы, которые способны нанести вред гидравлической системе, имеют размеры от 5 до 40 микрометров, а предел человеческого зрения – это 40 микрометров. Кроме того, кислоты, вода и продукты окисления нельзя обнаружить с помощью человеческих органов чувств. Поэтому необходимо отбирать от масла пробы и проводить их анализ.

По результатам анализа устанавливают следующие данные:

  • Спектрохимический анализ частиц износа металлов и добавок.
  • Определение количества частиц различных размеров (код ISO).
  • Вязкость при 38 ºС (100 ºF).
  • Содержание воды в процентах от объема.

Воздушные клапаны

В воздушных клапанах, которые стоят на главном масляном баке, должно быть достаточное количество масла, такого же, который применяется в гидравлической системе. Необходимо чистить эти клапаны и наполнять их маслом каждый месяц и чаще, если этого требуют местные условия окружающего атмосферного воздуха. среды.

Насосы

Большинство гидравлических насосов, которые применяют на экструзионных прессах, являются радиальными и осевыми поршневыми насосами. Для достижения максимального срока службы и высокой производительности насосов необходимо выполнять следующее:

  • Высокое качество масла. Масло должно быть фильтрованным, охлажденным, чистым и без воды. Чистота масла – это самый критичный фактор для длительного срока службы насоса.
  • Избегать кавитации. Когда воздушные пузыри, которые попадают в насос, схлопываются, то это приводит к эрозии металлических поверхностей.
  • Соосность двигателя и насоса. При замене двигателя или насоса всегда производят выверку соосности двигателя и помпы.

osnovnye-nasosyРисунок 4 – Три основных насоса и вспомогательные насосы

Клапаны

Клапаны применяют для управления течением рабочей жидкости по компонентам гидравлической системы в заданном направлении и в заданной последовательности. В гидравлической системе экструзионного пресса применяются следующие типы клапанов:

  • предохранительные клапаны;
  • обратные клапаны;
  • распределительные клапаны;
  • клапаны наполнения.

При проблемах с клапанами первым делом нужно проверить две возможных причины: загрязнение масла и состояние масла. Грязь и посторонние вещества в системе могут препятствовать нормальному закрыванию/открыванию клапанов. Чрезмерный нагрев масла может быть причиной перекоса корпуса клапана. Карбонизация масла приводит к залипанию движущихся частей клапанов.

При установке клапана необходимо избегать деформации его корпуса. Трубопроводы должны свободно, без чрезмерных усилий подсоединяться к клапанам. При необходимости трубы гнут и сваривают. Если стержень клапана имеет свободный ход в холодном состоянии, это еще не значит, что он будет так двигаться при рабочей температуре.

raspredelitelnyy-uzelРисунок 5 – Распределительный узел с распределительными клапанами

klapan-napolneniyaРисунок 6 – Клапан наполнения

Трубопроводы

Необходимо ежедневно проверять на протечку все фланцы трубопроводов, трубной арматуры, мест сварки и коллекторов. Нужно проверять масляные подсоединения к цилиндрам, следить за просачиванием масла вокруг клапанов. Болты крепления клапанов подтягивают каждый месяц. Отметим, что протечки масла легче заметить в ультрафиолетовом свете.

Ослабшие или сломанные хомуты труб надо ремонтировать немедленно. Их функция заключается в минимизации усилий на трубы.

Перед заменой труб маслопроводов их нужно тщательно чистить от всех загрязнений, сварочного шлака, заусенцев, стружки и тому подобного. Все сварные или гнутые трубы нужно протравливать, промывать и смазывать перед установкой в гидравлическую систему. Для чистки труб нужно применять ветошь, которая не оставляет ворсы и волокон. Трубы должны быть из нержавеющей стали. Не допускается применять для герметизации соединений трубопроводов пеньку, шпатлевку и герметизирующую ленту. Насколько это возможно нужно избегать применения шлангов.

Главный масляный бак

Крыша масляного бака должна поддерживаться в чистом состоянии. При техническом обслуживании бака нужно убедиться, что все его отверстия надежно закрыты, чтобы не допустить попадания в них загрязнений. Все болты на баке подтягиваются ежемесячно.

Некоторые эксперты рекомендуют чистить главный масляный бак ежегодно с предварительным сливом масла во вспомогательный резервуар. В этом случае при возврате масла в главный бак его пропускают через фильтры для удаления твердых загрязнений и воды.

Документация гидравлической системы

Точная схема гидравлической системы экструзионного пресса совершенно необходима для выполнения грамотного технического обслуживания. Эту диаграмму нужно тщательно изучать, чтобы понимать функцию каждого клапана. Также важно иметь техническую документацию производителей всех клапанов и других компонентов гидравлической системы, чтобы было можно без проблем заказывать для гидравлической системы запасные части.

Нередко бывает, что такой технической документации нет в полном объеме. Жизненно необходимо как можно быстрее восстановить ее, например, с помощью поставщиков оборудования и специализированных организаций.

Источник: Al Kennedy, Aluminum extrusion press maintenance manual