堆取料机液压俯仰系统异常振动与噪声的分析处理.pdf

堆取料机液压俯仰系统异常振动与噪声的分析处理 杨德祥 李毅民 马越 1 S E W 一传动设备 天津有限公 司 天津3 0 0 4 5 7 2大连华锐重工集团股份有限公 司 大连1 1 6 0 1 3 摘要斗轮堆取料机液压俯仰系统工作时出现轻微振动是许可的，但振动与噪声达到一定程度时需要进 行维修与调整。文中对堆取料机液压俯仰系统的振动与噪声的成因进行分析 ，并结合现场实际总结臂式斗轮堆 取料机液压系统的振动与噪声故障现象及解决办法。 关键词堆取料机；液压俯仰系统 ；异常振动；噪声 中图分类号U 6 5 3 ． 9 2 8 ． 5 文献标识码 A 文章编号1 0 0 1 0 7 8 5 2 0 1 5 0 4一 O 1 1 1 0 3 Ab s t r a c t I t ’ s a l l o w e d f o r t h e h y d r a u l i c l u f f i n g s y s t e m o f s t a c k e r a n d r e c l a i me r t o s h o w s l i g h t v i b r a t i o n． b u t i t ’ S n e c e s ． s a r y t o r e p a i r a n d a d j u s t a n y o u t ． o f - l i mi t v i b r a t i o n a n d n o i s e ． T h e p a p e r a n a l y z e s t h e c a u s e s 6 f a n y v i b r a t i o n a n d n o i s e o f t h e h y d r a u l i c l uffi n g s y s t e m ，p r e s e n t s t h e v i b r a t i o n a n d n o i s e f a u l t s o f t h e h y d r a u l i c s y s t e m o f a c t u al a lq n t y p e b u c k e t - w h e e l s t a c k e r a n d r e c l a i me r ，a n d g i v e s s o l u t i o n s b a s e d o n t h e a c t u al s i t u a t i o n ． Ke y wo r d s s t a c k e r a n d r e c l a i me r ；h y d r a uli c l u f f i n g s y s t e m a b n o r ma l v i b r a t i o n；n o i s e 1 液压俯仰系统简介 堆取 料机 的俯仰 机构 承受势 能和惯 性载 荷。 各种臂式堆取 料机在整个俯仰过程 中液 压缸的活 塞在其行程内受力状态各不相同，有的只受压力 ， 有的只受 拉力 ，有 的既受压力也受拉 力。通 常活 塞的运动 方 向与受力方 向一致 时活塞做负功 ，活 塞的运动方 向与受力方 向相反 时活塞做 正功。例 如 ，液压缸受 压时上升 ，液压缸 做正功 。液压缸 受压时下降 ，液压缸做 负功。反 之 ，液 压缸受拉 时上升 ，液压缸 做负功 。液压缸受 拉时 下降 ，液 压缸做正 功。做负功是 阻碍系统 的运动 ，做正功 是帮助系统 的运动。 图 1 表示 堆取料机液压俯 仰系统液 压缸受力 的 A、B、C三种情况。其 中 A表示液压缸活塞在 俯仰角度范围内运动只受拉力 ，B表示液压缸活塞 在俯仰角度范围内运动既受拉力也受压力 ，C表示 液压缸活塞在俯 仰角度范 围内运 动只受压力 。在 实际的堆取料机设计中三种情况都有应用 。 堆取料机 液压俯仰 系统 中，液 压缸做正功 时 压力油推动液压缸运 动 ，做负功 时压力油阻碍液 压缸运动 ，起到制动 的作 用。由于俯 仰系统 总是 存在双 向运动 ，系统总会 出现做正 功与做负功 的 情况 。为限制 液压缸做负功 时的运行速度 ，液压 起重运输机械 2 0 1 5 4 液压缸力F ／ k N ／ 一 ／ 觚 l 一／ ／ 图 1 液压缸受力状态与俯仰角度 的关系 系统 常采用平衡 阀控制系统或液控单向阀节 流阀 的平衡控制方法来实现。图 2是采用单 向阀、节 流阀 、液控单 向阀的平衡 回路 的堆取 料机常见液 压俯仰系统 。 其原理 是 上升 时 ，液 压 油通 过油 泵 吸人 ， 进入滤油 器 4 ，再 进入三位 四通 换 向阀经 P口进 入 ，A口流 出，再进 入单 向阀 9与节流 阀 1 1 ，经 9 、1 1 后进入液控单 向阀 1 3 ，然后再经过防破断阀 1 5与 1 6进入液压 缸无杆 腔 ，推 动液压缸 2 7 、2 8 活塞上升。由单 向阀 9与节流阀 1 1流出的油分两 路 ，其 中的一路去控制液控单 向阀 1 4 ，打开 回油 油路。液压缸 2 7 、2 8有杆腔的 回油是通过防破断 阀 1 7 、1 8进 入液控单 向阀 1 4 ，再 经过节流 阀 1 2 1 1 1 图2 堆取料机液 俯仰系统原理简图 I二 进人三位四通换 向阀 B口，再到 T口。最后 回到 油箱。下降时 ，液压 油通过油 泵吸入 ，进 入滤油 器 4 ，再进入三位四通换 向阀经 P口进 入，B口流 出，再进入单 向阀 1 0与节流阀 1 2 ，经 1 0 、1 2后 进入液控单向阀 1 4，然后再经过防破断阀 1 7与 1 8 进入液压缸有杆腔 ，推动液压缸 2 7 、2 8活塞下降。 由单向阀 1 0、节流阀 1 2流出的油分两路 ，其 中的 一 路去控制液控单向阀 1 3 ，打开 回油油路。液压 缸 2 7、2 8无杆腔的回油是通过防破断阀 1 5 、1 6进 入液控单向阀 1 3 ，再经过节流阀 1 1进入三位 四通 换 向阀 A口，再到 T口，最后回到油箱 。 系统中的 1 5 、1 6 、1 7 、l 8为 防破断 阀，起 到 软管破裂 时的安全保 护作用 。系统 中的 1 9 、2 0 、 2 1 、2 2、2 3 、2 4 、2 5、2 6组成减 速制动 阀。节 流 阀 1 1 与节流阀 1 2在活塞下降与上升时起到控制流 量调整速度的作用。 2 系统原 因导致的剧 烈振 动与噪声 液压俯仰系统有时会发生严重 的振动与噪声 ， 液压俯仰系统 的振动有 时会使大 型设 备悬臂前 段 的振幅高达半米 ，甚至更大 ，伴随着振动 的噪声 也巨大。这种现象是 由于主 回路 的液压油 流量 与 一 1 1 2 ～ 压力发生 巨大变化所致 。因此 ，应该从 改变系统 流量与压力的因素方面寻找原 因。对 于不同的液 压系统其故障原 因的寻找思路是一致的。 在图 2系统 中，液压俯仰 系统发生严重 的振 动与噪声是 在系统做 负功的过程 中，即液压缸 受 力与运动方 向一致时 ，其发 生的机理是 假定 液 压缸活塞杆处于下降状态 ，活塞杆受压 力，外力 推动活塞杆下 降，液 压系统做负功。液压油的流 动过程同上述下降过程 。 一 般产生振动 源 自回油处 背压不 足所 致。假 定节流阀 1 1并未调整到节流状态或 节流量不足 ， 则液压缸 受压 ，在重力负荷 的作用 下 ，活塞杆会 快速下降 ，油泵 的油需要 快速补充到有杆 腔。当 活塞下降 的速度达到一定 程度 时会 出现油泵补油 量不足的问题 ，有杆腔进油 日出现 负压或吸空现 象 ，此时液控单向阀 l 4的进油 口压力 降低 。当压 力降低到一定程度后会使液控单 向阀 1 3的控制油 压降低 ，液控单 向阀 1 3关 闭。 由无杆腔 向下流动 的回油油路被关 闭，液压缸活塞停止继续 向下运 动。接着有杆腔 的进油也停 止流动 ，三位 四通换 向阀的 B口、单 向阀 1 O 、节流阀 1 2、液控单 向阀 1 4的压力重新建立起来 ，液控单向阀 1 3的控制油 压也重薪建立起来被打开 ，无杆 腔的油又开始 向 下流动。如此反复 ，使得液控单 向阀 1 3不断地被 打开 、被关 闭。液控单 向阀主 回路在系统 出现振 动时的状态见图 3 。液控单 向阀开关状态周而复始 的变化使得主回路无杆腔 回路压力和流量不断地 剧烈变化 ，从而使俯仰机构整体发生 十分 强烈的 振动 ，同时也发出巨大的噪声 。 图 3 发生系统振动时液控单 向阀状态与时间的关系 在振动过程 中，液压 系统就像 一个制动 系统 在不断地反复快速制动 、重力启动 。这种振动产 生的冲击载荷 十分 巨大 ，设备无法 继续使用 ，需 要立即停车进行修理与调整。 产生振动的根本原凶是液压主回路 与控制 路 在一起 ，即进油 回路与控制油 回路在一起 ，且主 吲 起重运输机械 2 0 1 5 4 路油压下降后控制 回路的油压也下降，从而关 闭了 回油主回路上的液控单向阀 1 3 。不断发生打开、关 闭 、打开、关闭的过程 ，进而发生了振动。 为了使活塞下降时不再发生振动 ，可调整节流 阀 1 1 ，使无杆腔到油箱的回油速度变慢 ，增加一定 的背压。也就使有杆腔进油 口、三位四通换 向阀的 B口、单向阀 1 0 、节流阀 1 2 、液控单 向阀 1 4的压 力不至于过低。始终保持有一定 的压 力可以打开液 控单向阀 1 3 。这样活塞以合理速度下降 ，液控单向 阀 1 3不再反复开闭，因而不会发生振动。 节流阀 1 1的节流程度调整 到系统允许 的液压 缸速度下 ，并使三位 四通换 向阀的 B口压 力超出 液控单 向阀最小开启压力 0 ． 1～0 ． 2 MP a即可 。背 压不必调整 得过大 ，以减少 节流油温升 高产 生的 能耗损失。 同样 ，若系统上升时出现振 动，则与此类似 ， 仅是油路分析与上述分析的元件位置对称 。 对于 因系统元 器件质量 ，如油泵 和马达 、各 种 阀质量 、安装 、系统 进入空气等其他 原 因引起 的振动与噪声本文不做详细讨论 。 3液压 缸活塞爬行产生 的振动 与噪声 堆取料机俯仰 系统所使 用 的液压缸 的活塞速 度 比其他 机械 设备 的要 低 ，一 般 只有 0 ． 4 ～0 ． 7 m ／ ra i n ，因此活塞运行时容易产生爬行现象。爬行 时活塞 的运 动是 不连续 的，出现抖动现象 ，活塞 杆时停时动 。在整个活塞行 程范 围内，活塞在不 同行程位置抖动情况不 同，在不 同的活 塞运动方 向抖动情 况也有所不 同。将活塞 的速度 调整到更 低时抖动情况可能会 消失 ，但过低 的速度 可能无 法满足设备对速度 的实际使用要求 。 活塞爬行使俯仰 运动 出现 抖动性振颤 ，并伴 随着振动与 噪声 。如果振动 比较 轻微 ，只有轻微 的声音。如果爬行严 重 ，振 动会 比较 大 ，甚 至钢 结构都会有较强烈 的振 动 ，噪声 也非常大 ，只是 这种振动没有系统原 因导致的振动与噪声那么大。 俯仰运动 活塞 的爬行现象有 时是单 向的，即某一 个运动方 向有振动 ，而相反 的方 向则没有振动。 活塞爬行往往出现在启用新液压缸时 ，这是 由 于新液压缸密封较紧造成的。尤其在活塞杆与缸头 部位使用 Y X型密封圈，并被压得过紧，采用丁酯 橡胶制造的 Y x型密封圈容易产生摩擦 抖动和 起 重运输机械 2 0 1 5 4 振动。部分液压缸是因制造精度不够或装配不当而 别劲，使得摩擦阻力加大而出现爬行现象。 一 其他类型 的密封也会 因密封圈压得 过 紧而 产 生振动与噪声。有 的现场 ，当出现抖 动后在 活塞 杆表面涂抹少量润滑油而减轻 了振动与噪声 ，但 运行几次后振动与 噪声 又重现。另外 ，旧液压缸 在使用过程 中因密封件磨 损 、缸筒磨 损、活塞 或 活塞杆划伤等造成故障也可能产生振动与噪声。 为减轻 因液压 缸爬 行 而产生 的振 动与 噪声 ， 对于新液压缸可以调整液压缸 密封的压 紧度来减 少或消除液压 缸的爬 行 ，必要 时需要拆 开液压缸 进行密封件 的更换与调整。 液压缸是否出现爬行与品牌没有直接关系，往往 是液压缸越大、速度越低，越容易出现液压缸爬行。 现场实践证 明 ，活塞 爬行情 况 的出现 常与环 境温度有关 ，有时俯 仰液压缸活塞上 下运行几次 后 ，振动与噪声越来越大 ，说 明油温 升高后摩擦 力改变 ，爬 行问题加剧 ；爬 行与液压缸 承受 的油 压大小有关 ，往往有 杆腔油压大 时爬行 就 比较严 重 ；与活塞运行方 向及 活塞运行到液压缸 可移动 行程的位置有关 。 4 小 结 由于堆 取 料机 液压 系统 与机械 连接 在一 起 ， 产生的振动常常不易判 断是 否属于液压 系统 ，原 因是液压产生 的振动是通过 机械表现 出来 的，而 不是液压 自身表 现出来 的。对 于爬 行 问题 ，若脱 开液压缸 的机械连接做试验可能不会 出现任何噪 声 ，没有爬行现象 。因此 ，对于振 动与噪声 的维 护最重要 的一点是判断故 障所 在 ，正确地 分析原 因。大多数堆取料机液压俯 仰系统 出现振 动与噪 声 ，元件存在质量 问题 占少数 ，大多数振 动故障 应 属于调 整 问题 。 参考文献 [ 1 ]李毅民，王英洁 ． 臂式斗轮堆取料机液压俯仰系统功 能分析 [ J ] ． 起重运输机械，2 0 1 2 1 0 3 9 4 4 ． 作 者李毅民 地 址大连市西岗区八一路 1 6 9号大连华锐重工集 团 股份有限公司 邮 编 1 1 6 0 1 3 收稿 日期 2 0 1 41 20 9 一 l 1 3