泵控式混合機液壓傳動系統(tǒng)的故障分析與改進

文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1004-4620（2015）05-0075-02

收稿日期：2015-05-20

作者簡介：袁德寧，男，1983年生，2007年畢業(yè)于安徽工業(yè)大學(xué)機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)?，F(xiàn)為山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠機動科工程師，從事設(shè)備管理工作。

1　前　言

混合機是燒結(jié)工藝生產(chǎn)的重要設(shè)備，它的作用是將燒結(jié)過程中使用的燃料、溶劑、礦石及附加物添加劑等充分混勻，加水潤濕，制粒造球等，從而獲得化學(xué)成分均勻、粒度適宜、透氣性良好的燒結(jié)料。山鋼股份萊蕪分公司型鋼煉鐵廠使用的混合機筒體尺寸為Φ5 100×25 000，生產(chǎn)能力1 200 t/h，驅(qū)動扭矩520 kN·m。為了使系統(tǒng)傳輸平穩(wěn)可靠且節(jié)能，采用先進的泵控式液壓傳動系統(tǒng)。泵控系統(tǒng)的全稱是泵排量控制系統(tǒng)，它是將變量泵直接與執(zhí)行元件相連，減少了中間控制元件。因此，泵控系統(tǒng)具有能量損失小、總效率高、穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、低噪聲等優(yōu)點 ［1］。泵控式液壓系統(tǒng)又稱閉式液壓系統(tǒng)，內(nèi)部油液通過置換率低且效率高，缺點是內(nèi)部一旦出現(xiàn)磨損很難檢測，且油液只能部分冷卻，油溫敏感，多個泵、電機組成傳動系統(tǒng)，出現(xiàn)異常時很難被及時發(fā)現(xiàn)以至于造成事故。萊鋼型鋼煉鐵廠混合機在使用過程中曾出現(xiàn)過油箱油溫高、電機電流高跳閘以及電機損壞等故障，通過分析故障原因，制定了一系列措施。措施實施后，泵控式混合機液壓傳動系統(tǒng)實現(xiàn)了故障率為零的目標(biāo)。

2　液壓系統(tǒng)工作原理

混合機滾筒體由4臺CB400電機共同驅(qū)動，泵站設(shè)置7臺閉式泵。系統(tǒng)最高工作壓力35 MPa，總驅(qū)動功率1 400 kW，單向傳動。系統(tǒng)工作時，為了避免主油泵啟動時對液壓電機造成壓力沖擊以及將電機內(nèi)磨損下的顆粒帶走，該液壓系統(tǒng)設(shè)置了獨立的液壓沖洗系統(tǒng)。啟動沖洗系統(tǒng)5 min后方可以啟動泵站，以確保系統(tǒng)充油可靠。泵站內(nèi)的7臺泵系統(tǒng)原理相同。

系統(tǒng)中主泵、輔泵、補油泵共同由主泵電機驅(qū)動。主泵電機啟動后，輔泵為比例閥供油。補油泵排出的液壓油通過內(nèi)置閥組直接到達主泵入口。在沒有給出輸出信號前，比例閥處于零位，主泵的斜盤位于中位，主泵無排量。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出輸出指令后，根據(jù)選擇輸出百分比，系統(tǒng)輸出180～320 mA的電流信號，通過比例閥來控制斜盤傾角，從而控制主泵輸出流量。7臺泵輸出的油液共同經(jīng)過主管道進入4臺電機。油液從電機流出后進入主管道然后再次分流至各泵回路，回路中20%～25%的高溫油液通過旁路支管流經(jīng)泵體內(nèi)置更油閥（液動換向閥、補油溢流閥）、過濾器、冷卻器回到油箱。每2、3臺泵公用1臺冷卻器，冷卻器根據(jù)油箱中油溫高低自動調(diào)節(jié)水量。電機除驅(qū)動A/B口外還有外置沖洗和泄露D油路。系統(tǒng)中一個電機安裝了速度監(jiān)視器，但僅用于顯示轉(zhuǎn)速并不參與控制。整個系統(tǒng)調(diào)速控制為開環(huán)控制。

2　液壓系統(tǒng)存在的問題及處理措施

2.1油箱油溫較高

該液壓站1 #、2 #泵共用1 #油冷器和1 #油箱，3 #、4 #泵共用2 #油冷器和2 #油箱，5 #、6 #、7 #泵共用3 #油冷器和2 #油箱，3個油箱用管道聯(lián)通。為保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行，液壓系統(tǒng)對溫度要求較高，系統(tǒng)設(shè)置油溫55℃報警，60℃停機。自投用以來1 #油箱溫度處于正常范圍，2 #和3 #油箱溫度都接近報警溫度。

經(jīng)過現(xiàn)場測量1 #、2 #、3 #冷卻器水流量相近，2 #冷卻器溫差較小，根據(jù)換熱原理可知，進口油溫相同時，流經(jīng)2 #冷卻器的熱油量不足。分別對2 #冷卻器的兩臺泵長時間負載運行并測量冷卻器進出水溫度發(fā)現(xiàn)，單獨運行4 #泵時水的溫差為零，即4 #泵不更油，判定4 #泵更油閥中的液動換向閥卡住。3 #油冷器理論換熱量比1 #冷卻器大50%，但在控制閥門完全打開時水流量仍相近，根據(jù)流體力學(xué)知識可知該過濾器已經(jīng)堵塞。

措施實施：1）為了能夠及時反映出流經(jīng)各冷卻器的油液流量，在冷卻器放油口處加裝三通閥門，接入壓力表。正常運行時回油壓力為0.3～0.35 MPa（若經(jīng)濟許可，回路增加流量表更為精確）。2）更換4 #泵液動換向閥，并進行測試。流經(jīng)2 #冷卻器的油液壓力由原來的0.15 MPa增加到0.3 MPa。3）3 #冷卻器阻塞嚴重，對其進行清洗。4）在循環(huán)水中加絮凝劑，及時沉淀水中污泥。措施實施后，冷卻器、油箱以及油泵的溫度值在混合機設(shè)備正常生產(chǎn)過程中均為正常。

2.2電機電流較高導(dǎo)致跳閘

據(jù)運行記錄統(tǒng)計，近1 a中由于負載變化累計引起5次跳閘，其中4 #泵跳閘1次，5 #泵跳閘4次，PLC報警均為過流。為了排除電機的影響，對5 #泵電機進行更換，不久又出現(xiàn)過流跳閘。

泵的輸出流量是通過壓力比例閥的輸入電流進行調(diào)整，系統(tǒng)會按照輸入比例數(shù)值對比輸出180～320 mA的電流信號。由于系統(tǒng)采用開環(huán)控制，受到彈簧屬性、摩擦阻力、系統(tǒng)泄漏等因素的影響，泵的輸出并不是精確的，會有一定的誤差，所以電機輸出功率也不同。對系統(tǒng)中每臺電機增設(shè)電流歷史趨勢，發(fā)現(xiàn)最大負載時電機電流運行均值為：1 #泵260 A，5 #泵電流320 A，其余電流在280～300 A范圍內(nèi)，負載不均。由于跳閘都是發(fā)生在混合機滿負載運行過程中，根據(jù)這一特點，只需要調(diào)整最大輸出時電機輸出均衡即可。調(diào)整方法是調(diào)整比例閥最大和最小輸出電流來控制泵在混合機滿負載情況下的各泵輸出，從而調(diào)整所有電機的電流在最大負載運行時相互接近，即電流差±10 A。經(jīng)查，比例閥最大工作電流為380 mA，因此比例閥電流可在0～380 mA范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)。調(diào)整后的系統(tǒng)運行半年來未發(fā)生過跳閘事故。

2.3電機損壞事故

2014年9月12日，混合機液壓傳動系統(tǒng)因3 #電機溫度高而自停，同時過濾器中發(fā)現(xiàn)大量金屬粉末。更換過濾器后運行16 h，系統(tǒng)再次跳閘，過濾器堵塞報警，且發(fā)現(xiàn)了金屬顆粒。

經(jīng)拆檢后發(fā)現(xiàn)除電機活塞、缸體、密封件等易損件磨損外，電機非傳動端軸以及電機傳動端殼體的軸承處也出現(xiàn)異常磨損。經(jīng)分析，電機非傳動側(cè)軸和傳動側(cè)殼體的磨損的直接原因是其配合的軸承跑內(nèi)圈和跑外圈，根本原因是扭矩臂安裝誤差過大，軸承受到交變徑向力的同時還會受到一定的交變軸向力，引起軸承跑圈，從而磨損軸或磨損軸承座。磨損產(chǎn)生的金屬顆?；烊牍ぷ饔鸵褐兄苯訁⑴c工作循環(huán)，加劇了其他部位磨損，形成惡性循環(huán)。在該閉式系統(tǒng)中，回路中僅有20%～25%油液流經(jīng)過濾器過濾，很難排出，這也是事故發(fā)生的另一重要原因。由于系統(tǒng)中所有電機采用公用管道供油，因此其他電機也受到了不同程度的污染。

為了徹底消除金屬顆粒帶來的隱患，進行電機和泵的拆檢清洗、對管路進行沖洗。調(diào)整電機扭矩臂的安裝誤差在±2 mm范圍內(nèi)、負載時誤差在± 15 mm內(nèi)，并檢查所有球鉸軸承。在電機泄露回路中設(shè)置磁性過濾器，定期檢查是否產(chǎn)生金屬顆粒。

2.4其他改進措施

系統(tǒng)運行過程中，水的流量根據(jù)油液溫度進行調(diào)節(jié)，冬天溫度較低水路處于關(guān)閉狀態(tài)。為防止水管凍裂、損毀，將水量調(diào)節(jié)設(shè)置最低值1 m 3/h。

定期對電機、泵體振動進行檢測，并記錄形成歷史趨勢。振動檢測除檢測電機和泵的運行情況，還檢測設(shè)備安裝情況，便于及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常并處理。在振動檢測的基礎(chǔ)上，每季度化驗油液污染度、顆粒物并進行分析，掌控系統(tǒng)運行狀態(tài)，實現(xiàn)按質(zhì)換油，節(jié)約了大量油脂費用 ［2］。

3　應(yīng)用效果

泵控式混合機液壓傳動系統(tǒng)通過測量和提高泵的更油量、調(diào)整油泵輸出實現(xiàn)電機電流相同輸入以及校正電機安裝誤差提高電機壽命等措施，實現(xiàn)了設(shè)備零故障，延長了泵和電機的維保周期、油液更換周期，減少設(shè)備隱患和設(shè)備故障，降低了維護運行費用。液壓油運行18個月，檢測油液的理化指標(biāo)依然合格，所有泵體和電機均無不良磨損。