翻車機(jī)夾輪器故障分析及可靠性改造

李 揚(yáng)

（秦皇島港股份有限公司第二港務(wù)分公司，河北秦皇島 066000）

0 引言

7747夾輪器是各型號(hào)翻車機(jī)卸車線上的主要設(shè)備之一，用于將停止的車輛夾緊定位。該夾輪器由夾輪器支架、夾緊架、夾緊油缸及彈簧裝置等組成。夾輪器使用過(guò)程中頻繁出現(xiàn)夾緊架兩端軸承座固定螺栓斷裂、夾緊架傾斜下沉、夾輪器制動(dòng)失效現(xiàn)象，嚴(yán)重影響翻車機(jī)卸車線正常運(yùn)行。提高夾輪器可靠性、降低故障率、滿足作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)要求，是具有重要意義的實(shí)際課題。

1 問(wèn)題分析

如圖1所示，7747夾輪器液壓系統(tǒng)作為動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)夾緊油缸，夾緊油缸推動(dòng)夾緊架將夾輪器上的車輪夾緊。夾緊架與車輪接觸部位安裝有夾板，正常作業(yè)過(guò)程中夾輪器頻繁夾緊松開(kāi)，夾板與不規(guī)則車輪側(cè)面頻繁碰撞，同時(shí)，夾輪器夾緊后撥車機(jī)每節(jié)車都有緩鉤動(dòng)作，造成車輪與夾板在夾緊狀態(tài)下產(chǎn)生相對(duì)位移，夾板平整表面極易出現(xiàn)凹凸變形。夾板工作面損傷后，當(dāng)撥車機(jī)再次緩鉤，拉動(dòng)已夾緊車輪移動(dòng)時(shí)，夾緊架被車輪強(qiáng)制打開(kāi)，此時(shí)若夾緊油缸無(wú)動(dòng)作，夾輪器薄弱部位將被破壞。

圖1 夾輪器結(jié)構(gòu)

夾輪器液壓系統(tǒng)工作原理如圖2所示，該系統(tǒng)由一恒壓變量泵作為油源，溢流閥調(diào)整系統(tǒng)最高工作壓力。為保護(hù)恒壓變量泵及蓄能器，系統(tǒng)中裝有單向閥18.1及20.0，但兩個(gè)單向閥的使用導(dǎo)致單向閥閥后液壓系統(tǒng)超壓后無(wú)法溢流保護(hù)，當(dāng)夾緊油缸被強(qiáng)制打開(kāi)時(shí)，油缸及其連接管道壓力增高，流量無(wú)處溢流，油缸無(wú)動(dòng)作。夾緊架被車輪強(qiáng)制打開(kāi)時(shí)，夾緊架軸承座固定螺栓成為夾輪器薄弱環(huán)節(jié)，使用過(guò)程中頻繁出現(xiàn)夾緊架兩端軸承座固定螺栓斷裂、夾緊架傾斜下沉、夾輪器制動(dòng)失效現(xiàn)象。每條翻車機(jī)卸車線配置3組夾輪器，每組夾輪器有4～6對(duì)夾緊架，每個(gè)夾緊架有2個(gè)軸承座固定，每條卸車線夾緊架軸承座固定螺栓56條，導(dǎo)致故障率較高。

圖2 夾輪器液壓系統(tǒng)工作原理

2 改造方案

通過(guò)分析夾輪器機(jī)械結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程，設(shè)想通過(guò)某種方法，當(dāng)夾緊架被車輪強(qiáng)制被動(dòng)打開(kāi)時(shí)，夾緊油缸能在一定壓力范圍內(nèi)動(dòng)作，從而保證夾緊架軸承座固定螺栓安全。通過(guò)對(duì)多種方案進(jìn)行分析比較，確定在夾緊油缸前端增加溢流閥，如圖3改造后夾輪器液壓原理所示，增加溢流閥35。當(dāng)夾緊架被強(qiáng)制打開(kāi)瞬間，夾緊油缸受一脈沖力沖擊，壓力瞬間增大造成溢流閥開(kāi)啟，油缸被動(dòng)動(dòng)作，從而保證夾緊架動(dòng)作空間，保護(hù)夾緊架軸承座固定螺栓。

圖3 改造后夾輪器液壓系統(tǒng)工作原理

3 AMEsim仿真分析

3.1 搭建模型

為驗(yàn)證將Z2DB16VD2-2X/200型先導(dǎo)溢流閥加入夾輪器液壓系統(tǒng)的可行性，避免直接改造液壓系統(tǒng)失敗造成的經(jīng)濟(jì)損失，首先采用AMEsim軟件搭建夾輪器液壓仿真系統(tǒng)模型。由于夾輪器夾緊架兩側(cè)受力及位移相同，仿真系統(tǒng)只對(duì)單片夾緊架進(jìn)行模擬，將夾緊架等效為中間固定的杠桿系統(tǒng)，并在輸入端輸入位移信號(hào)，傳遞至液壓油缸，作為系統(tǒng)負(fù)載。分別按照各液壓元件數(shù)據(jù)設(shè)定仿真系統(tǒng)各模塊參數(shù)，實(shí)際測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)夾緊油缸最長(zhǎng)傳輸距離為10 m，按最長(zhǎng)管道長(zhǎng)度設(shè)定仿真系統(tǒng)管路參數(shù)，以充分考量液壓管道對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)影響。

根據(jù)Z2DB16VD2-2X/200型先導(dǎo)溢流閥原理，在AMEsim系統(tǒng)中選擇模型HV01進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。其中，閥的最大設(shè)定壓力為200 bar（20 MPa），最大流量為200 L/min，壓降為5.5 bar（0.55 MPa），初 始 壓 力 設(shè) 定 為80 bar（8 MPa）。按 照Z(yǔ)2DB16VD2-2X/200型先導(dǎo)溢流閥原理圖搭建系統(tǒng)，并將泄漏口接入油箱。

3.2 仿真分析

根據(jù)夾板現(xiàn)場(chǎng)磨損情況，設(shè)定仿真系統(tǒng)輸入負(fù)載位移信號(hào)，將設(shè)定模擬信號(hào)輸入仿真系統(tǒng)，仿真時(shí)長(zhǎng)設(shè)定為6 s，采樣頻率設(shè)定為100 Hz。夾輪器夾緊狀態(tài)下夾緊油缸無(wú)桿腔為高壓腔，提取仿真系統(tǒng)中夾緊油缸無(wú)桿腔壓力信號(hào)，仿真結(jié)果如圖4所示。圖4中，虛線曲線為原有液壓系統(tǒng)油缸壓力變化曲線，實(shí)線為改造后液壓系統(tǒng)油缸壓力變化曲線。

圖4 夾緊油缸無(wú)桿腔壓力曲線

由壓力變化曲線可知，原有液壓系統(tǒng)壓力隨油缸輸入位移量等比例變化，最高壓力可達(dá)140 bar（14 MPa）。改造后系統(tǒng)壓力隨油缸位移輸入量增加不斷增高，當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定值80 bar時(shí)系統(tǒng)開(kāi)始卸荷，并當(dāng)位移量減小時(shí)先于原系統(tǒng)恢復(fù)至正常壓力。所輸入3個(gè)位移量2 mm、3 mm、5 mm所對(duì)應(yīng)壓力變化均在設(shè)定值80 bar時(shí)開(kāi)始卸荷。

3 應(yīng)用情況

夾輪器液壓系統(tǒng)改造完成已歷一年有余，改造后至今未發(fā)生夾緊架螺栓拉斷情況，改造效果良好。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）針對(duì)7747型翻車機(jī)夾輪器使用過(guò)程中的頻發(fā)故障，對(duì)夾輪器液壓系統(tǒng)進(jìn)行改造，取得了良好的改造效果。

（2）利用AMEsim軟件建立夾輪器液壓系統(tǒng)仿真模型，并根據(jù)夾輪器夾板現(xiàn)場(chǎng)磨損情況，設(shè)定合理的仿真信號(hào)進(jìn)行工程模擬核算，為液壓系統(tǒng)改造提供仿真支持。