泵控式混合机液压传动系统的故障分析与改进.pdf

第 3 7 卷 第 5 期 2 0 1 5 年 1 O 月 山 东 S h a n d o n g 冶 金 Me t a l l u r g y Vo 1 ． 3 7 No ．5 Oc t o be r 2 0 1 5 轧 ’ j经验 交流 } 咕 1中1 1， t ． r’ 1 卞- 1 泵控式混合机液压传动系统的故障分析与改进 袁德宁 ， 江龙宏 ， 郭淑娟 ， 张洪鹏 山钢股份莱芜分公司， 山东 莱芜 2 7 1 1 0 4 摘要 通过对泵控式混合机液压传动系统中出现的油箱油温高、 电机电流高跳闸以及电机损坏等故障原因进行分析， 采 取了测量和提高泵的更油量、 调整油泵输出实现电机电流相同输入以及校正电机安装误差提高电机寿命等措施。泵控式 混合机液压传动系统实现了故障率为零的目标。 关键词 泵控式混合机； 液压传动系统 ； 电机； 电机 中图分类号 T H 1 3 7 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 4 4 6 2 0 2 0 1 5 0 5 0 0 7 5 0 2 1 前言 保系统充油可靠。 泵站内的7 台 泵 混合机是烧结工艺生产的重要设备 ， 它的作用 是将烧结过程 中使用的燃料 、 溶剂 、 矿石及附加物 添加剂等充分混匀 ， 加水润湿 ， 制粒造球等 ， 从而获 得化 学成分 均匀 、 粒度适 宜 、 透气 性 良好 的烧 结 料 。山钢股份莱芜分公 司型钢炼铁厂使用的混合 机简体尺寸为 5 1 0 02 5 0 0 0 ， 生产能力 1 2 0 0 t ／ h ， 驱动扭矩 5 2 0 k N m。为了使系统传输平稳可靠且 节能， 采用先进的泵控式液压传动系统。泵控系统 的全称是泵排量控制系统 ， 它是将变量泵直接与执 行元件相连 ， 减少 了中间控制元件 。因此 ， 泵控系 统具有能量损失小 、 总效率 高 、 稳定性好 、 结构 紧 凑、 重量轻 、 低噪声等优点n 。泵控式液压系统又称 闭式液压系统 ， 内部油液通过置换率低且效率高 ， 缺点是 内部一旦 出现磨损很难检测 ， 且油液只能部 分冷却 ， 油温敏感， 多个泵、 电机组成传动系统， 出 现异常时很难被及 时发现 以至于造成事故。莱钢 型钢炼铁厂混合机在使用过程 中曾出现过油箱油 温高、 电机电流高跳闸以及电机损坏等故障， 通过 分析故 障原 因， 制定 了一系列措施 。措施实施后 ， 泵控式 混合机液压传动系统实现了故障率为零的 目标 。 2 液压系统工作原理 混合机滚简体由4台 C B 4 0 0电机共同驱动 ， 泵 站设置 7台闭式泵。系统最高工作压力 3 5 MP a ， 总 驱动功率 1 4 0 0 k W， 单 向传动 。系统工作时 ， 为了 避免主油泵启动时对液压 电机造成压力 冲击 以及 将电机 内磨损下 的颗粒带走 ， 该液压系统设置 了独 立的液压冲洗系统 。启动冲洗系统 5 m i n 后方可以 收稿 日期 2 0 1 5 0 5 2 0 作者简介 袁德宁， 男， 1 9 8 3 年生， 2 0 0 7 年毕业于安徽工业大学机械 设计制造及 其 自动化专业 。现为山钢股份 莱芜分公司炼铁 厂机动 科工程师 ， 从事设备管理工作 。 系统 中主泵 、 辅泵 、 补油泵共 同由主泵 电机驱 动。主泵 电机启动后 ， 辅泵为 比例阀供油。补油泵 排出的液压油通过 内置 阀组直接 到达主泵人 口。 在没有给出输出信号前， 比例阀处于零位， 主泵的 斜盘位于中位 ， 主泵无排量 。当系统发出输出指令 后 ， 根据选择输出百分比， 系统输 出1 8 0 3 2 0m A的 电流信号 ， 通过 比例阀来控制斜盘倾角 ， 从而控制 主泵输 出流量。7 台泵输 出的油液共同经过主管道 进入4台电机。油液从 电机流出后进入主管道然后 再次分流至各泵回路 ， 回路 中2 0 ％ 2 5 ％的高温油 液通过旁路支管流经泵体内置更油阀 液动换向 阀、 补油溢流阀 、 过滤器 、 冷却器回到油箱 。每 2 、 3 台泵公用 1 台冷却器 ， 冷却器根据油箱 中油温高低 自动调节水量。电机除驱动A ／ B口外还有外置冲洗 和泄露 D油路。系统 中一个 电机安装 了速度监视 器 ， 但仅用于显示转速并不参与控制 。整个系统调 速控制为开环控制。 2 液压系统存在 的问题及处理措施 2 ． 1 油箱油温较高 该液压站 1 、 2 泵共用 1 油冷器和 1 油箱 ， 3 、 泵共用 油冷器和2 油箱 ， 5 、 6 lf 、 7 泵共用 3 油冷器 和 油箱 ， 3 个油箱用管道联通 。为保证 系统长期 稳定运行， 液压系统对温度要求较高， 系统设置油 温 5 5℃报警 ， 6 0℃停机。自投用以来 1 油箱温度处 于正常范围， 2 和 3 油箱温度都接近报警温度。 经过现场测量 1 、 、 3 冷却器水流量相近 ， 冷 却器温差较小 ， 根据换热原理可知 ， 进 口油温相同 时， 流经2 冷却器的热油量不足。分别对 冷却器 的两 台泵长时间负载运行并测量冷却器进 出水温 度发现， 单独运行 泵时水的温差为零 ， 即 泵不更 油 ， 判定 泵更油 阀中的液动换 向阀卡住 。3 油冷 7 5 山东冶金 第 3 7 卷 器理论换热量比 1 冷却器大 5 0 ％， 但在控制阀门完 全打开时水流量仍相近 ， 根据流体力学知识可知该 过滤器已经堵塞。 措施实施 1 为了能够及时反映出流经各冷却 器的油液流量 ， 在冷却器放油 口处加装三通 阀门， 接 入压 力表 。正 常运行 时 回油压 力 为 0 ． 3 0 ． 3 5 MP a 若经济许可 ， 回路增加流量表更为精确 。2 更换 泵液动换向阀， 并进行测试 。流经 冷却器 的油液压力 由原来的0 ． 1 5 MP a 增加到0 ． 3 MP a 。3 3 冷却器阻塞严重 ， 对其进行清洗 。4 在循环水 中 加絮凝剂， 及时沉淀水中污泥。措施实施后， 冷却 器、 油箱以及油泵的温度值在混合机设备正常生产 过程中均为正常。 2 ． 2 电机电流较高导致跳闸 据运行记录统计 ， 近 1 a 中由于负载变化累计引 起 5 次跳 闸， 其 中4 泵跳闸 1 次 ， 5 泵跳闸4次 ， P L C 报警均为过流。为了排除电机的影响 ， 对 5 泵电机 进行更换 ， 不久又出现过流跳闸。 泵的输 出流量是通过压力 比例 阀的输入电流 进行 调 整 ， 系统 会 按 照输 入 比例数 值对 比输 出 1 8 0 3 2 0 m k的电流信号。由于系统采用开环控 制 ， 受到弹簧属性 、 摩擦阻力 、 系统泄漏等因素的影 响 ， 泵的输出并不是精确的， 会有一定的误差 ， 所以 电机输出功率也不同。对系统中每台电机增设电 流历史趋势 ， 发现最大 负载 时电机 电流运行 均值 为 1 泵 2 6 0 A， 5 泵 电流 3 2 0 A， 其余 电流在 2 8 0～ 3 0 0 A范围内 ， 负载不均 。由于跳 闸都是发生在混 合机满负载运行过程中， 根据这一特点， 只需要调 整最大输 出时电机输 出均衡 即可 。调整方法是调 整 比例阀最大和最小输出电流来控制泵在混合机 满负载情况下的各泵输出， 从而调整所有电机的电 流在最大负载运行时相互接近 ， 即电流差 1 0 A。 经查 ， 比例阀最大工作 电流为 3 8 0 m A， 因此 比例阀 电流可在 0 3 8 0 m A范围内进行调节。调整后的系 统运行半年来未发生过跳闸事故。 2 ． 3 电机损坏事故 2 0 1 4 年9 月 1 2日， 混合机液压传动系统因 3 电 机温度 高而 自停 ， 同时过滤器 中发现 大量金 属粉 末。更换过滤器后运行 1 6 h ， 系统再次跳闸， 过滤器 堵塞报警， 且发现了金属颗粒。 经拆检后发现除电机活塞、 缸体、 密封件等易 损件磨损外 ， 电机非传动端轴以及电机传动端壳体 的轴承处也出现异常磨损。经分析 ， 电机非传动侧 轴和传动侧壳体的磨损的直接原因是其配合的轴 承跑 内圈和跑外圈 ， 根本原 因是扭矩臂安装误差过 大 ， 轴承受到交变径 向力的同时还会受到一定的交 变轴向力， 引起轴承跑圈， 从而磨损轴或磨损轴承 座。磨损产生 的金属颗粒混入工作油液中直接参 与工作循 环 ， 加剧 了其他部 位磨损 ， 形成 恶性循 环。在该 闭式系统 中， 回路中仅有 2 0 ％～2 5 ％油液 流经过滤器过滤 ， 很难排 出， 这也是事故发生的另 一 重要原 因。由于系统 中所有 电机采用公用管道 供油 ， 因此其他电机也受到了不同程度的污染。 为了彻底消除金属颗粒带来 的隐患 ， 进行 电机 和泵的拆检清洗 、 对管路进行冲洗。调整电机扭矩 臂 的安装误 差在 2 m m范 围内、 负载时误差在 1 5 m m内， 并检查所有球铰轴承。在电机泄露回路 中设置磁 l生过滤器 ， 定期检查是否产生金属颗粒。 2 ． 4 其他改进措施 系统运行过程 中， 水的流量根据油液温度进行 调节 ， 冬天温度较低水路处于关闭状态 。为防止水 管冻裂、 损毁， 将水量调节设置最低值1 m 3／ h 。 定期对电机、 泵体振动进行检测 ， 并记录形成 历史趋势。振动检测除检测电机和泵的运行情况 ， 还检测设备安装情况 ， 便于及早发现设备异常并处 理。在振动检测 的基础上 ， 每季度化验油液污染 度、 颗粒物并进行分析 ， 掌控系统运行状态 ， 实现按 质换油 ， 节约了大量油脂费用 。 3 应用效果 泵控式混合机液压传动系统通过测量和提 高 泵 的更油量、 调整油泵输出实现 电机 电流相同输入 以及校正电机安装误差提高 电机寿命等措施 ， 实现 了设备零故 障 ， 延长了泵和 电机 的维保周期 、 油液 更换周期 ， 减少设备隐患和设备故障 ， 降低 了维护 运行费用。液压油运行 1 8 个月 ， 检测油液的理化指 标依然合格， 所有泵体和电机均无不 良磨损。 参考文献 [ 1 ] 李振河． 大型混合机液压系统原理及常见故障分析[ J ] ． 液压 与气 动 ， 2 0 1 3 3 1 1 1 - 1 1 4 ． [ 2 3 冯小东． 泵控式液压舵机型式试验 [ J ] ． 广东造船 ， 2 0 0 2 2 3 6 -3 7 7 6