扇形段机械手液压马达故障分析及解决方法.pdf

液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 0 1 2年 第 4期 扇形段机械手液压马达故障分析及解决方法 方 涛 ， 谢海华 武汉钢铁集团公司， 湖北 武汉4 3 0 0 8 3 摘要 该 文根据扇形段机械手液压 系统的工作原理 ， 对扇形段机械手液压马达故障进行 了分析 ， 并提出了解决方法 。 关键词 扇形段机械手 ； 液压 马达 ； 故障 中图分类号 T H1 3 7 ． 5 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 - 0 8 1 3 2 0 1 2 0 4 0 0 4 4 0 3 F a i l u r e An a l y s i s a n d Tr e a t me nt o f S e g me nt M a n i p u l a t o r Hy d r a u l i c M o t o r F ANG T o o， X／ E Ha ／ 一 h u a Wu h a n I r o n a n d S t e e l G r o u p C o r p o r a t i o n ，Wu h a n 4 3 0 0 8 3 ， C h i n a Ab s t r a c t B a s e d o n t h e t h e h y d r a u l i c s y s t e m ’ s o p e r a t i o n p r i n c i p l e o f t h e S e g me n t ma n i p u l a t o r ， t h e F a i l u r e An a l y s i s o f S e g me n t ma n i p u l a t o r h y d r a u l i c mo t o r i s p r e s e n t e d ， a n d t h e s o l u t i o n i s r a i s e d ． Ke y wo r d s s e g me n t ma n i p u l a t o r ； h y d r a u l i c mo t o r ； f a i l u r e O 引言 武钢某炼钢厂扇形段机械手主要用来更换连铸机 扇形段 。一次在更换 2 机组扇形段时扇形段机械手的 液压马达壳体出现炸裂现象 ，此后其它机组又接连发 收稿 日期 2 0 1 1 1 O 一 1 7 作者简介 方涛 1 9 8 3 一 ， 男 ， 湖北武汉人 ， 助理工程师 ， 学士 ， 现 在武钢 股 份设 备维修 总厂从事连铸机设备维护工作。 生几次扇形段机械手液压马达壳体炸裂的同种故 障。 为此对扇形段机械手液压马达壳体炸裂故障进行了分 析，得出此故障是由于操作人员没有按照操作标准而 导致。通过此后的标准化操作， 杜绝了机械手液压马达 壳体炸裂故障发生。 1 原因分析 该炼钢厂扇形段机械手液压 马达采用的都是德 国 力士乐 R E X R O T H 公司 出产的 A 2 F型斜轴式定量柱 图 4液 压 装 置 信 息 检 测原 理 流程 图 采集的压力 、 流量 、 温度等信 号 。 形成系统动态参 数 ， 输入到控制器端 口， 经过逻辑运算进行数据分析与 处理 ， 发 出相应 控制指令 。 通过 C AN总线传输到显示 器 ． 显示出相应数据和系统状态． 从而确定系统存在的 故障。如发现故障或者危险情况存在 ， 根据控制器智能 诊断控制程序做 出相应 的端 13输出处理 ，切断相应动 作 。 再经专家诊断系统或专家在线排除故障。运用 G P S 可将整车数据通过 G S M 网络传输到 I N r I E R N E T网络 ， 再传输到分布式的网络终端 ，利用 网络终端登陆软件 进行各个参数 、 故障 、 状态的查询 ， 并能对整车参数进 行在线标定及修改。这样在机械化施工工程中可更迅 速的排除故障 ，避免工程进度的延误。尽快实现 自动 化 、 智能化是我们 的国情 ， 也是我们现代化工程装备共 同的目标。 参 考 文 献 【 1 】 许 贤良， 王传礼． 液压传动[ M】 ． 北京 国防工业 出版社 ， 2 0 0 6 ． 【 2 】 刘忠， 杨 国平． 忠诚机械 液压传动原理 、 故 障诊断与排 除[ M】 ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 5 ． 【 3 ] 石红， 等． 液压设备故 障诊断技术 的研 究与发展 [J 】 ． 中国机械 工程 ， 2 0 0 1 ， 1 1 ． [ 4 ] 蒋威， 高钦和， 张志永． 液压 系统故 障诊断技术综述[ J 】 ． 液压气 动与密封， 2 0 1 0 ， 1 1 ． [ 5 】 机械设计手册编委会． 机械设计手册． 第 4卷． 一 3版『 M 】 ． 北 京 机械工业出版社． 2 0 0 4 ． [ 6 ] 张质文， 等． 起重机设计手册【 M】 ． 北京 中国铁道 出版社， 1 9 9 7 ． [ 7 】 颜容庆 ， 李 白光， 贺 尚红 ． 现代 工程机械 液压 与液力 系统【 M】 ． 北京 人民交通出版社 ． 2 0 0 1 ． Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ NO ． 4 ． 2 0 1 2 塞液压 马达 。我们针对扇形段机械手液压马达壳体发 生炸裂 的故障， 首先对液压马达进行 了解体检查 ， 解体 后发现几次扇形段机械手液压马达壳体 炸裂都是 由于 液压马达传动轴与配油盘之间相互铰接 的连杆发生断 裂 ，导致液压马达 内部 的缸体发生歪斜从而使高压油 由液压 马达的高压腔窜至液压马达的低压腔 ．液压马 达的壳体承受不 了高压油带来的负载 ，导致液压马达 壳体发生断裂。那么是什么原因导致液压马达传动轴 与配油盘之间相互铰接 的连杆发生断裂 的呢使液压 马达传动轴与配油盘之 间相互铰接的连杆发生断裂的 力量又是哪里来 的呢从现场故障现象来看 ， 扇形段机 械手的液压马达壳体发生炸裂都是在扇形段下降停止 后 ， 紧接着扇形段就突然 自重下滑约 3 0 0 ～ 4 0 0 mm， 与此 同时出现机械手液压马达壳体炸裂。因此我们对于这 一 故障现象从扇形段机械手液压系统原理图和扇形段 机械手的操作方式进行了细致分析 。 1 ． 1 扇形段机械手液压系统工作原理 扇形段机械手液压系统工作原理， 如图 1 所示 。 l 一 离合器2 一 液压马达3 一 平衡 阀4 一 过滤芯5 一 梭阅 6 一 单 向阀7 一 比例换 向阀8 一 扇形段 图 1 扇形段机械手液压 系统原理图 1 ． 2扇形段机械手的操作方式 通过遥控手柄完成 1 扇形段上升 1 扇形段上升第一档操作时 ， 如果想要扇形段 8 慢速上升 ，那么操作扇形段遥控手柄的慢速上升位让 放大器输 出 0 ． 5 A电流使比例换向阀 7的 b位得 电， 由 于此时的电流很小， 使换 向阀的阀芯只有很小的开 口 量，所 以这时通过 比例换向阀 7的液压油 的流速也很 慢。这时的压力油先通过梭 阀 5打开离合器 1 另一股 压力油再才能通过单 向阀 6和平衡阀 3的单 向阀进人 液压马达 2使其旋转带动扇形段 8实现慢速上升 2 扇 形段上升第二档操作 时 ， 如果想要扇形段 8 中速上升 ， 那么操作扇形段遥控手柄的中速上升位让放 大器输出 0 ． 8 A电流使比例换 向阀 7的 b位得电。由于 此时的电流比慢速上升时的电流要大 ． 使得换向阀的阀 芯的开口量也比慢速上升时的开口量要大 ， 所以这时通 过比例换向阀 7的液压油的流速也要快些。这时的压力 油先通过梭阀 5打开离合器 1 ；另一股压力油再才能通 过单 向阀 6和平衡 阀 3的单 向阀进入液压马达 2使其 旋转带动扇形段 8实现中速上升； 3 扇形段上升第三档操作时 ， 如果想要扇形段 8 快速上升 ，那么操作扇形段遥控手柄的快速上升位让 放大器输 出 1 ． 4 A电流使 比例换 向阀 7的 b位得 电． 由 于此时的电流更大 ，那么换 向阀的阀芯的开 口量也更 大 ， 通过比例换 向阀 7的液压油的流速也就更快。这时 的压力油先通过梭 阀 5打开离合器 1 另一股压力油再 才能通过单 向阀 6和平衡 阀 3的单 向阀进入液压马达 2使其旋转带动扇形段 8实现快速上升 4 扇形段在上升时停止 ， 如果在扇形段上升过程 中需要停止 ，那么操作扇形段遥控手柄 由快速位经过 第二档 、 第一档 回到停止位 ， 此 时放大器输出的电流几 乎为零 A， 使比例换 向阀 7的 b位失电， 阀芯 回到中位 ， 不再继续供油。这时平衡阀 3的单向阀自动关闭液压 马达 2的回油油路 ，离合器 l 也 因为没有压力油推动 而 自动抱死刹住主卷卷筒使扇形段 8停止继续上升处 于停止 状态 。 2 扇形段下降 1 扇形段下降第三档操作 时 ， 如果想要扇形段 8 快速下降，那么操作扇形段遥控手柄的第三档下降位让 放大器输出 1 ． 4 A电流使比例换向阀 7的 a位得电， 由于 此时的电流很大， 使换向阀的阀芯的开 口量也大， 所以这 时通过比例换向阀、 7的液压油的流速最快压力也最大。 这时的压力油先通过梭阀 5打开离合器 1 另一股压力 油再才能通过过滤芯 4再经过节流孔流进平衡阀 3 ． 此 时压力油推动平衡阀 3的阀芯使带有节流孑 L 的阀芯接通 油路 ， 它的油口的面积也最大 ， 使液压马达 2的回油油路 保持畅通；还有一股压力油进入液压马达 2使其旋转带 动扇形段 8实现快速下降 2 扇形段下降第二档操作时 ， 如果想要扇形段 8 中速下降 ， 那么操作扇形段遥控手柄的第二档下降位让 放大器输 出 0 ． 8 A电流使 比例换 向阀 7的 a位得电 ． 由 于此时的电流变小， 使换向阀的阀芯的开口量也变小， 所 以这时通过比例换 向阀 7的液压油的流速和压力也跟 4 液 压 气 动 与 密 封／ 2 0 1 2年 第 4期 着变小。这时的压力油先通过梭阀 5打开离合器 1 ； 另 一 股压力油再才能通过过滤芯 4再经过节流孔流进平 衡阀 3 ． 此时压力油推动平衡 阀 3的阀芯使带有节流孔 的阀芯接通油路 ， 它的油 13的面积也变小 只是两个油 口的接触面积变小 ，但能使液压马达 2的回油油路继 续保持畅通； 还有一股压力油进入液压马达 2使其旋转 带动扇形段 8实现中速下降； 3 扇形段下降第一档操作时 ， 如果想要扇形段 8 慢速下降 ，那么操作扇形段遥控手柄的第一档下降位 让放大器输出 0 ． 5 A电流使 比例换 向阀 7的 a位得电 ， 由于此时的电流再次变小， 使换向阀的阀芯的开口量也 再次变小， 所以这时通过比例换向阀 7的液压油的流速 和压力又跟着变小 。这时的压力油先通过梭阀 5打开 离合器 1 ； 另一股压力油通过过滤芯 4再经过节流孔流 到平衡 阀 3 ， 此时压力油推动平衡 阀 3的阀芯使带有节 流孔的阀芯接通油路 ， 它的油 口的面积也随之变小 这 时两个油 口的接触面积变得更小 ， 但依然使液压马达 2的回油油路继续保持畅通 ； 还有一股压力油进入液压 马达 2使其旋转带动扇形段 8实现慢速下降。 4 扇形段在下降时停止 ， 如果在扇形段下降过程 中需要停止 ，那 么操作扇形段遥控手柄必须 由快速位 经过 中速位 、 慢速位回到停止位 ， 此时放大器输出的电 流也会从 1 ． 4 A降到 0 ． 8 A再 降到 0 ． 5 A最后成为零 A， 使 比例换向阀 7的 a位失电 ， 阀芯 回到中位 ， 不再继续 供油。这时平衡阀 3由于没有压力油的推力而换向回 到有单向阀的工作位 ， 先关 闭液压马达 2的回油油路 。 然后离合器 1因为没有压力油推动而 自动抱死刹住主 卷卷筒使扇形段 8停止继续上升处于停止状态。 1 ． 3故 障分 析 由扇形段机械手液压马达的工作原理我们可以看 出在扇形段下降过程 中，比例换 向阀 7与平衡阀 3和 平衡 阀 3与离合器 1的先后动作顺序在这套系统里起 着非常关键的作用。因为比例换 向阀 7把经过减速和 减压的压力油成 比例地输 出，一方面起到了降低液压 马达 2旋转速度的作用 ；另一方面又调节了推动平衡 阀 3阀芯的压力油的压力，让平衡阀 3的阀芯接通液 压马达 2回油油路的油 口的接触面积是随着 比例换 向 阀 7输出的压力来改变的 ， 这样才能起到调速作用。在 扇形段下降过程 中由于平衡 阀 3的带节流孔的阀芯处 于工作位置 ， 使液压马达 2的回油经过节流 ， 起到了让 扇形段在下降时处于一个平稳下降的作用。所以平衡 阀 3在整套系统里面的作用相当关键 ．它保护了扇形 段下降时的速度不会过快。在扇形段下降停止时平衡 阀 3首先关闭回到带单 向阀的工作腔 ，然后再关闭离 合器 1 。所以扇形段在快速下降时 ． 如果操作扇形段遥 控手柄马上由快速下降位置回到停止位置 ，则会造成 比例换向阀 7因为突然失 电阀芯迅速的回到中位 ． 同 时平衡 阀 3的阀芯也会 因压力油的突然消失而被其内 部的弹簧迅速推回带单 向阀的工作位 。也就迅速地关 闭了液压马达 2的回油油路 ，离合器 1也因失去压力 油而关 闭使液压马达 2停止工作。由于扇形段是在快 速下降过程中突然停止的，其 自身四十多吨的重量加 上重力加速度的力量在离合器 l 还 没有将扇形段完全 闸紧的情况下在惯性的作用下继续往下运动。扇形段 往下运动带动钢绳 、 钢绳带动卷筒 、 卷筒通过行星减速 机带动液压马达 2一起往下运动 。液压马达 2的回油 油路又被平衡 阀 3的单向阀关死 ，造成液压马达 2内 部的液压油没有地方 回油而又继续被扇形段带动形成 困油现象。这股液压油被扇形段不断压缩形成高压油． 当高压油的压力高到可以顶断液压马达 2传动轴与配 油盘之间相互铰接的连杆 时，液压马达 2内部 的缸体 发生倾斜使高压油窜进液压马达 2的壳体 内，由于壳 体承受不了高压所 以就会发生壳体炸裂 。 2 解决方法 规范操作者的操作方式 ，避免操作扇形段遥控手 柄马上 由快速下降位置 回到停止位置 ，为保证人员及 设备安全 ， 建议不使用快速操作方式。 3 小结 经上所述 ．扇形段机械手的液压马达壳体炸裂故 障是 因为操作人员没有按照操作标准而导致的。通过 规范操作者 的操作方式后 ，再没有发生扇形段机械手 液压马达壳体炸裂故障。 参 考 文 献 【 l 】 李远明． 重卷开卷机胀缩缸 内泄原因分析及改进措施【 J J ． 液压 气动与密封， 2 0 1 1 ， 8 ． 【 2 】 刘 忠 ， 杨 国平． 工程机械液压传 动原 理 、 故 障诊 断与排除【 M ] ． 北京 机械工业 出版社， 2 0 0 4 ． [ 3 】 胡增 荣 ． 液 压 系统 故 障分 析 及 处 理 [ J ] ． 液 压 气 动 与 密 封 ， 2 0 1 1 ， 8 ． 【 4 ] 黄志坚． 液压元 件使 用与维修 1 5 0例[ M ] ． 北京 中国电力 出版 社 ． 2 0 1 0 ． 【 5 】 周士 昌． 液压系统设计 图集【 M 】 ． 北京 机械工业 出版社， 2 0 0 3 ． [ 6 】 姜继海． 液压与气体传动【 M】 一 B 京 高等教育 出版社 ， 2 0 0 6 ． 【 7 】 雷天觉． 新编液压工程手册【 M 】 ． 北京 北京理工大学 出版社 ， 1 9 98．