巨型重載鍛造操作機主泵電機電流大的原因分析及解決方法

邢磊

摘? 要：文章以400T·m巨型重載鍛造操作機為例，給出設備液壓控制原理，論述液壓系統(tǒng)主泵電流大、油溫升高快、提升缸動作異常及夾緊缸壓力低等故障的診斷和排除方法。

關鍵詞：液壓控制系統(tǒng);故障診斷;解決方法

中圖分類號：TH137.5? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）24-0142-02

Abstract： Taking the 400T·m giant heavy-duty forging manipulator as an example， this paper gives the hydraulic control principle of the equipment， and discusses the diagnosis and troubleshooting methods of the main pump current of the hydraulic system， the rapid rise of oil temperature， the abnormal action of the lifting cylinder and the low pressure of the clamping cylinder.

Keywords： hydraulic control system; fault diagnosis; solution

1 概述

中國一重400T·m巨型重載鍛造操作機是重型裝備制造業(yè)的基礎裝備，能夠實現(xiàn)與100MN水壓機的聯(lián)動操作，提高大鍛件生產效率和質量并降低制造成本。其最大載荷重量2000kN，最大載荷力矩4000kNm，能夠夾持鍛件進行升降、俯仰、橫向擺動、前后行走、自由旋轉動作，并具有減震功能。液壓泵站由6臺高壓軸向柱塞泵供給，其中有4臺定量泵和2臺變量泵，并配有4臺活塞蓄能器節(jié)省高壓動力;2臺高壓軸向柱塞泵提供夾鉗夾持力無級可調，1臺控制油泵實現(xiàn)各控制閥組比例閥和電磁閥的控制操作;2臺低壓螺桿泵用于油液過濾、冷卻等功能。操作機各動作的控制及保護裝置組合在液壓閥塊內，通過比例方向閥實現(xiàn)執(zhí)行機構的速度無級可調，可以伴隨水壓機的動作實現(xiàn)自動控制;同時還配置了活塞蓄能器，用于蓄能、減振、平衡和保壓等功能。

但在實際工作中，頻繁出現(xiàn)主泵電機電流過大導致線纜燒損、油箱溫度升高較快、提升及夾緊動作故障頻發(fā)等問題，嚴重影響了鍛造操作機的運行效率，增加了能源消耗，泵閥使用壽命較低，使生產成本居高不下。對于設備維修人員來講，不僅要了解掌握其功能原理，更重要的是快速解決使用過程中發(fā)生的故障和問題。

2 并聯(lián)式軸向柱塞泵組協(xié)調配合

液壓泵站由6臺高壓軸向柱塞泵組成，其中有4臺A4FO 500/30R-PZH25N00型定量泵和2A4VSO500DRG/30R-PZH25N00型變量泵組成。每臺主泵都由250kW電機進行驅動。6臺主工作泵采取并聯(lián)式供油的方式，每臺泵均有1個電磁溢流閥，根據(jù)系統(tǒng)壓力的變化控制每臺主泵的加載和卸載。其中2臺變量泵的供油壓力由泵的先導閥進行設定，4臺定量泵的供油壓力由電磁溢流閥進行設定。當檢測到系統(tǒng)壓力低于220bar，高于270bar時，6臺主泵的電磁溢流閥根據(jù)程序設定進行加載和卸載切換，保持供油壓力穩(wěn)定的情況下最大限度降低能耗。但在切換過程中存在電機電流波動大的問題，極易造成電纜線因電流過大造成燒損。

A4VSO500DRG型恒壓變量泵能夠在開式回路中通過壓力控制實現(xiàn)液壓系統(tǒng)中保持壓力恒定，流量無級調節(jié)。即在滿足系統(tǒng)工作壓力的前提下，實現(xiàn)流量的變量輸出，使系統(tǒng)發(fā)熱最小，工作效率高。假設高壓的壓力設定值為Pt，泵的出口流量為Qp，泵的出口壓力為Pp，則當PpPt時，泵的斜盤傾角變小，輸出流量降低，即恒壓變量泵能夠根據(jù)負載的需求改變系統(tǒng)輸出流量，保持系統(tǒng)壓力穩(wěn)定。隨著壓力P的提高，輸入功率呈比例增大，因壓力升高內泄加大導致最大流量降低。在排量和轉速已定的情況下，隨著壓力P的提高，所要求的輸入功率P隨之成比例地增大，其最小流量（斜盤處于零擺角）也隨之成比例增大，其最大流量（斜盤處于最大擺角15°）因泵自身潤滑與控制所需流量增大而隨之成比例地減小。在轉速n=1500/1800rpm，油液溫度50℃，安全壓力400bar時，用電磁溢流閥作為加載閥，打開和關閉壓力管得負載階躍。

A4FO500型號的定量泵流量與驅動轉速及排量呈比例，其公稱壓力為350bar，而400T·m巨型重載鍛造操作機的供油壓力為270bar，其供油壓力由電磁溢流閥進行設定，由于電磁溢流閥壓力設定的不一致，會造成各泵的出口壓力不一致，導致各臺驅動電機的電流不同，尤其是壓力差別較大的情況下，在電磁溢流閥切換過程中的電流沖擊會更大。因此必須要將各電磁溢流閥的壓力調定一致。在多泵并聯(lián)共同工作時，只有在泵的性能參數(shù)以及電磁溢流閥設定壓力相等的條件下，泵之間不會出現(xiàn)干擾，否則將會出現(xiàn)“相互擠壓、液壓對頂?shù)哪芰繐p耗”等現(xiàn)象。

3 蓄能器組降低功率消耗

400T·m巨型重載鍛造操作機供油系統(tǒng)還配有4個270L的活塞蓄能器，用于主供油系統(tǒng)的蓄能、吸收沖擊和脈動，保持壓力穩(wěn)定，可降低主泵運行功率，系統(tǒng)發(fā)熱減少。由于操作機液壓系統(tǒng)工作時為非連續(xù)振動，使得油源具有啟動后工作周期的大流量輸出和待機周期的小流量輸出的特點，從功率消耗和節(jié)能角度考慮，必須充分利用蓄能器的儲能功能，采用液壓泵主供油，蓄能器短時輔助供油，通過合理配比液壓泵和蓄能器的供油量，減少流量過剩和無用工耗。當液壓控制系統(tǒng)需要大流量輸入時，2臺恒壓變量泵處于最大排量擺角位置，定量輸出，與定量泵和蓄能器聯(lián)合供油，系統(tǒng)壓力由電磁溢流閥設定;待機周期內，油源僅需要輸出很小的流量補償系統(tǒng)泄漏，此時電磁溢流閥關閉，定量泵卸荷，恒壓變量泵輸出，系統(tǒng)壓力由恒壓變量泵保持平穩(wěn)。由于該液壓系統(tǒng)的工作周期和待機周期的流量需求差異較大，油源的節(jié)能設計充分利用恒壓變量泵和卸荷回路的特點。從而實現(xiàn)了液壓系統(tǒng)工作周期的高壓、大流量、大功率輸出，待機周期保壓、小功率輸出，降低功率消耗。

4 降低液壓系統(tǒng)損耗

液壓系統(tǒng)工作時不可避免有能量損耗，主要體現(xiàn)在液壓泵、閥的功率損失，溢流閥的溢流損失，油液流過各類元件及管路等的沿程損失，從而降低效率，增大功率損耗。造成內泄的原因分析及解決措施如下：

4.1 恒壓變量泵的流量調節(jié)不當

A4VSO型恒壓變量泵的機械調節(jié)旋鈕調節(jié)不當，導致流量在變量泵輸出壓力達到泵調定壓力時仍有較大流量輸出，應確保在達到設定壓力后輸出流量接近為零。因出廠時該旋鈕已調整完成，無特殊情況不許調整。

4.2 泵出口電磁溢流閥壓力設置不正確

泵出口溢流閥的作用是對系統(tǒng)壓力進行調定，在系統(tǒng)壓力升高時起到安全保護作用。如果電磁溢流閥的壓力設定低于泵輸出設定壓力，則恒壓變量泵達不到自身設定壓力而又大流量輸出，輸出的大流量由溢流閥溢流導致系統(tǒng)發(fā)熱，內泄嚴重。電磁溢流閥的壓力應略高于泵出口調定壓力，一般高出10%-20%左右。

4.3 液壓元件磨損

（1）動力元件

各臺油泵長期運行中，泵體內部元件缸筒與柱塞之間、缸筒與配流盤、滑靴與斜盤之間會出現(xiàn)不同程度的磨損導致間隙變大，使泵的容積效率下降，功率損耗和產生的能量損耗上升及油溫上升。如液壓泵的內泄量不能滿足系統(tǒng)流量需求或難以控制油溫的情況下，需及時更換油泵。

（2）控制元件

各控制閥組的液壓閥，由于長期使用導致閥芯與閥套磨損，配合間隙變大導致內泄。通過采取聽、摸的方式將閥體溫度高、動作使用頻繁的比例閥和開關閥定期進行更換或找專業(yè)維修廠家進行閥芯、閥套的分解更換。對于400T·m操作機而言，用于行走、旋轉的4WRTE型比例方向閥內泄非常嚴重，我們一般是每2年進行維修更換。同時在緩沖缸的比例溢流閥等也因為閥的故障導致內泄甚至無法達到使用壓力。

（3）執(zhí)行元件

執(zhí)行元件液壓缸如果出現(xiàn)內泄漏，尤其在400T·m操作機運行中的提升油缸、緩沖油缸、夾緊油缸等為了保持位置穩(wěn)定、壓力恒定，一旦發(fā)生內泄會造成缸內串油，使各泵一直有流量輸出造成功率損耗和油溫升高。應定期對各執(zhí)行元件用壓力表進行壓力測試，在測試過程中應將執(zhí)行元件接通高壓油后關閉進油通道，封閉測試執(zhí)行元件的壓力變化，若壓力快速下降則表明缸內密封效果不佳應及時修復更換。400T·m操作機的前提升缸、用于夾緊缸的旋轉接頭等都出現(xiàn)過缸內密封損壞導致內泄嚴重，甚至無法達到使用壓力的情況。

（4）輔助元件

由于鍛造車間環(huán)境較差，廠房內金屬粉塵較多，導致液壓油中含有的雜質和金屬粉塵等固體顆粒吸附在濾芯上，對于泵入口的濾芯會造成吸油阻力增大，導致油溫升高，也會造成循環(huán)泵前后壓差變大，循環(huán)泵的負載增加，容積效率降低，機械損耗增加。應根據(jù)過濾器報警情況及時更換濾芯。同時應確保在油箱人孔蓋、電機法蘭盤等位置的密封圈完好并壓緊，并安裝空氣濾清器，防止由于各臺油泵吸油過程中的油箱內負壓導致金屬粉塵被吸入油箱，污染液壓油。

5 結束語

針對400T·m巨型重載鍛造操作機近年來出現(xiàn)的主泵電機電流過大的問題，通過研究6臺主油泵的特性并結合近年來的檢查分析，通過調整6臺并聯(lián)式軸向柱塞泵組的壓力和主泵打壓泄壓過程的程序控制、通過調整蓄能器組的壓力降低功率消耗、通過解決系統(tǒng)內泄等問題，使主泵電機電流過大的問題得到解決。

參考文獻：

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