预处理扒渣机液压马达故障诊断与处理.pdf

第 6 期 总 第 1 8 7期 2 0 1 4年 1 2月 机 械 工 程 与自 动 化 MECHANI CAL ENGI NEERI NG ＆ AUT0MAT1 0N No ．6 De c ． 文 章 编 号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 4 0 6 0 1 5 0 0 2 预处理扒渣机液压马达故障诊断与处理 时慧斌 太钢炼钢二厂 设备能源科 ，山西 太原0 3 0 0 0 3 摘要 预处理扒渣机液压马达故 障频繁 ， 低 故 障 的 目的 。 关键词 液压马达 ；故 障；处理 中图分类号 TH1 3 7 ． 5 1 TH1 6 5 ． 3 通过对液压 系统进行分析 改造 ，加装 可控微分 阻尼回路，达到 了降 文献 标 识 码 A 1 问题 的提 出 太钢炼钢二厂南区有铁水脱磷站两座， 主要作用 是 为 1号 K OB M 顶 底 复吹转 炉冶 炼不 锈 钢提 供 合格 的脱磷 铁水 。2 0 0 8年南 区不 锈钢 扩 容 改造 后 ， 铁 水 处 理量由原来的 5 0 t 增加到 8 5 t ， 但机械设备本身未能 相应进行功率提升 。由于扒渣机行走小车前后运动， 换 向动作频繁， 该液压马达 冲击 大， 经常漏油或 不动 作， 故障不断， 导致扒渣机行走小车一个月 内只约有一 半 时间正 常 运行 。根 据 2 0 1 2年预 处 理 1 、 2 站 扒 渣机液压马达更换统计 ， 其平均使用寿命为 8 3天 ， 远 远小于液压马达的正常使用寿命 。为防止机械 冲击 ， 在扒渣机末端增加 了缓冲器 ， 但效果不太 明显 。因此 本文对扒渣机液压马达故障进行了诊断与分析。 2 故 障原 因分析 脱 磷站 扒渣 机 由液 压 马达提 供动 力 。该 液压 马 达 为径向大功率低转速柱塞马达， 型号 为 I Z J M0 8 K。对 损坏的液压马达进行拆卸检查 ， 发现 马达损坏部位 全 部是马达转子。如图 1所示 ， 转子发生扭转变形 ， 表面 有 被蚀 掉 的痕迹 。对 液 压 油 样进 行 分 析 检 测 ， 发 现 液 压介 质里有 铁 屑 ， 初 步 判 断是 由于 转 子 承受 过 大 的反 复扭矩 和表面受强烈冲击所致 。 结合笔者多年的工作经验 ， 并结合预处理扒渣机 液压 系统 原理 ， 总结 出可 能造 成 马 达 损 坏 的 主要 原 因 为 ①液压冲击 ， 尤其是 马达 由反转变为正转时 ， 压力 突变 较 大 ， 超 过 了马达 的额定 压力 ， 究其 原 因是液 压系 统中没有安装对 马达起过压保护 的装 置或泄压系统 ； ②频繁更换油马达会增大液压油的污染 ， 油液污染又 会缩短油马达的使用寿命 ， 形成恶性循环； ③考虑到所 用介质的润滑性 ， 曾经更换过介质种类 ， 但效果并不明 显 ， 介质 的润滑性并不是主要原因； ④扒渣机臂质量较 大 ， 惯性较大 ， 突然换 向时， 较大的动量会使马达主轴 承受很大的扭矩， 致使马达转子受损 ， 这主要是 由于扒 渣机的工作状况所致 ， 扒渣机在工作时， 扒渣机臂要反 复快 速滑 动 ， 驱动 马达 就必须 快 速换 向 ， 加 上臂 质量 较 大 ， 惯性 较大 ， 导致 马 达转子 承受 较大 的 冲击 。 改造 前 液压 系统 原理 图如 图 2 所 示 。 图 1 损坏的液压马达转子 图 2 改造前液压 系统原 理图 3现场 测试 对液 压 马达 的两 个 油 口进 行 压 力 测 试 ， 测 试 结 果 如图 3所示 。由图 3 a 可知， 正 向旋转时， B口为进油 口 ， A 口为 回油 口， 两 油 口的压 力 差 为 1 ． 6 MP a ， 换 向 时 ， A 口压力 由正转时的工作压力 4 ． 8 MP a 突变至 2 4 MP a ， 再降至 1 ． 6 MP a ， 然后再突变至 1 3 ． 6 MP a ， 再逐 渐降至反转时的工作压力 8 MP a ； B口压力 由正转时 的工作压力 6 ． 4 MP a突降至接近 0 MP a， 再突变 至 1 5 ． 6 MP a ， 然后再 降至接近 0 MP a ， 再逐渐升至反转 时的工作压力 3 ． 6 MP a ， 反转时两油 口压力差为 4 ． 4 MP a ； 从给出换 向信号到反转稳 定运行 ， 时间差约 为 1 ． 2 S ， 正转和反转压力差不相 同， 结合 液压 系统 原理 图， 可知管路 中的两个调速 阀的阻尼孔并不相 同。由 图 3 b 可 知 ， 反 向旋 转 时 A 口为 进 油 口 ， B 口为 回 油 口， 两油 口的 压力 差 为 4 ． 4 MP a ， 换 向 时 B 口压 力 变 化较大 ， 换 向时间约为 0 ． 8 S ， 最高压力达 2 6 ． 8 MP a ， 马达的额定压力为 2 5 MP a ， 可见最高压力超出了马达 的额 定压 力 。 收稿 日期 2 0 1 4 0 2 2 6 ；修回 日期 2 0 1 4 0 6 2 3 作者简介 时慧斌 1 9 7 4 一 ，男 ，山西清徐人 ，工程师 ，本科 ，主要从事 冶金机械工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年 第 6期 时慧斌 预 处理扒渣机液压 马达故障诊 断与处理 l 5 1 设 马达 输 出扭矩 为 T Nm 丁 ． 1 其中 D 为马达排量 ， D一9 3 6 mL ／ r ； P为两油 口压力 差 ， MPa 。 将相关参数代人式 1 ， 可计算出正转匀速运行时 的输 出扭 矩 为 2 3 8 Nm， 换 向 时瞬时 扭矩 达 3 5 7 7 Nm； 反 转 匀速 运行 时 的 输 出扭 矩 为 6 5 6 Nm， 换 向时 瞬 时 扭 矩 达 3 9 9 4 Nm， 远远 超 出了马 达 的额定 扭矩 。 25 ∞20 罢1 5 菩 3 O 25 量 2 0 5 0 0 ． 5 l L 5 Z Z ． 5 3 0 0 ．5 l L 5 Z Z ． 5 3 时间／ s 时间／ s a 正转变反转 b 反转变正转 图 3换向时液压马达两油 口的压 力变化 曲线 4解 决方 案 根据现场测试结果 ， 以及故障发生 的原 因， 我们可 以在 系统中增加可控微分 阻尼 回路 以降低峰值压力 ， 将换 向时产生的高压瞬时释放 ， 从 源头上 消除产生故 障的原因， 以降低设备发生故障的机率 ， 如在马达两油 口处增加蓄能器 、 溢流阀等。若只是增加蓄能器 ， 可以 减少 马达的液压冲击 ， 但是会降低马达的反应速度 ， 使 操作工人感觉很不习惯； 若 只是增加溢流阀， 由于溢流 阀反应有滞后 ， 对 马达起不到完全的保 护作用 。因此 我们采用为系统增加可控微分阻尼 回路的方法 ， 系统 增设蓄能器 、 控制器、 微分 阻尼器及控制阀等， 控制阀 的控制信号 由中心控制器根据 系统压力经计算后 给 出 。 根据 控 制 阀的不 同 ， 可采 用 二 位 二 通 电磁换 向 阀 控制微分阻尼 回路， 也可用 比例伺服阀控制微分 阻尼 回路 。 方案一 采用 3台电磁换 向阀控制可控微分 阻尼 回路 。按照此方案整改后 ， 经仿真计算 ， 其压力变化曲 线如 图 4所示 。从图 4 可看出， 最高压力 1 2 ． 3 MP a ， 换 向时间约 1 ． 2 s ， 相对现有系统的换向时间滞后约 0 ． 5 S 。 一 方案二 采用 比例伺服阀控制可控微分阻尼 回路 。 按照此方案整改后 ， 经仿真计算 ， 其压力变化曲线如图 5所示 。换 向时压力最 高 8 ． 5 MP a ， 换 向时间约 2 ． 3 S ， 换 向时滞后时间为 1 ． 6 S 。若将峰值压力设定为 1 2 MP a ， 则换 向时间可降低至 1 S ， 与现有系统的换 向时 间相 比滞后约 0 ． 3 S ， 操控时感觉不明显 。 星 ； 吾 一 2 时 间／ s 图 5 比例阀控制可控微分 回路马达压力仿真 曲线 由试验可知， 换向时间越长 ， 液压冲击峰值压力越 低 。通 过采 用并 联多 台开关 阀或一 台 比例 阀调 整微 分 阻尼回路的投切时间， 控制系统的峰值压力， 达到延长 马达使用寿命的 目的。 考虑到 回路投切过程的平稳性及时效性 ， 经综合 比较 ， 我们采用方案二 ， 即用比例伺服阀控制可控微分 阻尼回路的投切技术方案。改造后的液压原理图见图 6 。 图 6改 遣 后 液 压 原 理 图 由于预 处 理 1 、 2站 液 压 控 制 系统 为 日本 进 口， 改造困难 ， 此方案增加了一套独立的控制器 ， 控制 信号采 自操作工人给定的触发信号 ， 与现有的控制器 相互 独立 。所 增加 的 可控微 分 阻尼 回路 与现 有 的液压 及控制系统不干涉 。采取与现有的液压系统 回路并联 的方式 ， 两端各加一 阀门， 如 系统万一发生故障 ， 可将 阀门关断 ， 可控微分阻尼 回路从系统中断掉 ， 对现有的 液压及控制系统及生产不会造成任何干涉影响。 5 改造效 果 方案确定后， 于 2 o 1 3年 6月在 1 预处理站液压 系统进行改造试用 ， 目前使用效果 良好 ， 液压马达寿命 比原 先至 少增 加一倍 ， 而 且减 少 了液 压油 浪 费 ， 降 低 了 工人的劳动强度 ， 降低 了设 备事故率 ， 提高 了生产效 率 。 Fa u l t Di a g n o s i s a nd Tr e a t me nt o f Hy d r a u l i c M o t o r f o r Pr e t r e a t m e nt S l a g ’ r a ki ng M a c h i n e S H I H u i - b i n No ． 2 S t e e l ma k i n g Pl a n t 。Ta i y u a n I r o n a n d St e e l Co ．，I t d ． ，Ta i yu a n 0 3 0 0 0 3，Chi n a Ab s t r a c t To t h e p r o b l e m o f f r e q u e n t f a i l u r e o f t he h y d r a u l i c mo t o r i n a p r e t r e a t me n t s l a g r a k i n g ma c h i n e ，t h e h y d r a u l i c s y s t e m wa s i mp r o v e d ，b e i n g e q u i p p e d wi t h c o n t r o l l a b l e d i f f e r e n t i a l d a m p i n g l o o p，a n d t h e g o a l o f d e c r e a s i n g f a u l t wa s a c h i e v e d ． Ke y wo r d s h y d r a u l i c mo t o r ；f a u l t ；t r e a t me n t 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m