DLT900型轮胎式搬运机液压起升系统故障分析与改进.pdf

DL T 9 0 0型轮胎式搬运栅液压起升系统 故障分析与改进 张红 军 郑州大方桥梁机械有限公司 摘要 D L T 9 0 0型轮胎式搬运机是郑州大方桥梁机械有限公司自主研制开发的具有 自主知识产权的大型特种起重搬运设备。结合在哈尔滨到大连客运专线上某预制梁场上对 D L T 9 0 0型轮胎式搬运机进行调试时出现的自由溜钩现象，对其液压起升系统的工作原理 进行分析， 指出可能造成故障的原因， 提出解决方案。 经过现场调试 ， 达到预期效果， 提高了 系统的可靠性。 关键词 轮胎式 ； 搬运机 ； 起升系统； 液压系统 D L T 9 0 0型轮胎式搬运机是郑州大方桥梁机械 有限公司结合 D C Y 9 0 0型轮胎式运梁车上应用 的成 熟 技 术 国 家“ 8 6 3 ”计 划 项 目 ，项 目编 号 2 0 0 3 A A 4 3 0 1 8 0 ，以及多年来在桥梁施工及特种设 备研制方面的经验 ， 开发成功的高新技术产品 。该 设备将运梁车的走行驱动 、 悬挂支承 、 车轮回转 、 电 液控制和大吨位起升 系统有机结合 ，利用 电子技 术 、 计算机技术实现液压泵和多种执行机构的流量 及功率分配 ， 能在梁场机动灵活地调运 、 移 位和存 放预制梁 。 一 台应 用 于 哈 大 客 运 专 线 铁 岭 制 梁 场 的 D L T 9 0 0型轮胎式搬运机总体安装完毕后 ，开始按 试验大纲逐项调试。 在试吊梁作业的二次起升过程 时发现 ， 当比例 阀断电 回到中位 ， 箱型梁体 降落需 要停止时， 发生梁体突然下落的故障。此下落梁体 以自由落体的形式快速下降， 下降时间很短， 梁体 并非一直落到地面 ，而是在下降大约 3 0 ～ 5 0 c m左 右高度后 ， 再次停在空 中， 期间并无剧烈 的刹 车声 。 为了确保设备安全性和可靠性 ， 对该故障进行 了分 析和排除。现场调试人员在排除电气和机械方面出 现故障可能的情况下 ， 初步确定是液压起升系统的 故障。 1 D L T 9 0 0型轮胎式搬运机的液压起升系统 1 ． 1 天车起升系统 D L T 9 0 0型轮胎式搬运机共设有 4台液压卷扬 机 ， 分别布置在主梁的两端 ， 通过钢丝绳和吊梁小 车的定、 动滑轮组相连进行吊梁。为保证箱梁在提 升过程 中不受扭 ， 4个提升滑轮组 中的两个采用一 根钢丝绳缠绕 ， 另外两个采用两根单独的钢丝绳缠 绕 ， 用以保证箱梁载荷的均衡分布 4点起升 3点平 衡吊装系统 ， 每个滑轮组承受 1 ／ 4的总载荷。液压 起 升系统应具有启动时无冲击 、 运行平稳 ， 可空钩 下行且停止时吊钩不下滑， 安全可靠的性能。 1 ． 2 液压起升系统工作原理 D L T 9 0 0型轮胎式搬运机 的液压起升系统为负 载敏感泵加比例阀的开式系统 ， 采用 P L C和 P I D的 综合闭环控制技术， 其液压原理框图如图 1 所示。 该泵的流量与负载的需要相匹配 ， 减少 了空流 和节流损失 ， 达到节能的 目的。控制器根据起升运 作者简介 张红军 1 9 7 O 一 ， 男， 河南洛阳人， 高级工程师． 学士， 研究方向 工程机械和特种车辆液压系统的设计开发。 一 6 2 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 图 1 液压起升 系统控制原理框图 行模式的不 同指令 ，计算 出各卷扬马达的转速 ， 每 个卷扬中的转角传感器实时反馈卷筒转速 ， 与控制 器计算 的 目标值进行 比较 ，计算 出各个卷 筒的转 速 ， 通过控制器计算 出比例 阀的输入 电流 ， 从而控 制阀的开 口量进而控制各卷筒 的速度 ， 实现各卷筒 的同步起升和下落。系统设计了 3 种卷扬制动保护 装置 ，安装有卷扬转速传感器和马达转速传感器 ， 在钢丝绳端还设置有载荷传感器 ， 以提高起升系统 的安全性。 卷扬机由力士乐 A 6 V M1 0 7变量马达和卷扬减 速器构成，由液压马达驱动内置式行星齿轮减速传 动， 刹车为弹簧制动液压解除式多片盘式制动器。 起 升机构主要靠一个斜盘式轴向柱塞变量泵供 油 ， 其 最高工作压力为 3 2 MP a ， 液压原理图如图 2所示 。 1 ． 卷扬液压马达2 ． 高压溢流阀3 ． 双向平衡阀 4 ． 梭阀5 ． 液控阀6 ． 减压阀7 ． 比例阀 图2 卷扬液压马达原理图 起升系统中设置了双向平衡阀和制动阀， 当负 载下降使马达超速而引起供油不足时， 需对马达进 行补 油 ， 同时采用 两级制 动 ， 首级制 动采 用液压 系 统制动 ， 末级制动采用钳盘式制动 。减速器不工作 时 ， 内置液压开启多片式停车制动器将摩擦片闭合 锁死 ， 工作时， 系统液压油通过双向平衡阀内置的 减压 阀释放一定的压力油来 打开制动器 ， 使减速器 进行正常的工作 。同时， 卷扬机钳盘式制动器的切 断阀开启 ， 受到来 自卷扬马达双向平衡阀 B r口来油 的控制 ， 工作 开始 时 ， 卷扬 马达 双向平衡 阀通过调 速阀延 时 ， 这时减 速器内的制动器提前 打开 ， 切 断 阀使卷扬液压马达首先升高一定压力，再打开 ， 切 断阀将起到防止卷扬下落的目的。该系统同时有效 设置 回油管路 ，根据计算选择合适的 回油管径 ， 降 低 回油阻力 ， 使常闭式制动器在弹簧力 的作用下实 现完全泄压 ， 达到可靠制动 。 2 故障分析及改进 经分析 ， 初步判定有 以下 3方面的原 因均能引 起速度失控发生下滑的故障， 分别进行分析研究并 采取措施。 2 ． 1 液压油黏度过大或混入空气 D L T 9 0 0型搬运机由于总体结构所限，卷扬机 的布置位 置高于油箱 ，在运行初期或长 时间停止 后 ， 马达 内的油液会泄漏到油箱内 ， 再次启动时 ， 可 能会有空气排不出 ， 引起双 向平衡阀关 闭不好而发 生溜钩 。对油箱 中的液压油状态进行观察 ， 并对油 质进行化验 ， 并没有发现有大量空气存在 。由于溜 钩故障的发生时间是在较寒冷的冬季早晨 ， 尤其是 在新设备刚刚开始 工作时的前几次操作过程 中， 分 析是 由于环境温度较低时 ， 液压油黏度 变大 ， 使得 减速器盘式制动器脱开或压紧时受阻 ， 引起负载下 落 。于是将液压油更换为适应寒冷地 区适用的品牌 及 黏度 ， 并 在油箱上增加 了 电加热装置 ， 同时要求 操作者每次作业前 ， 要先使发动机 怠速运行 5 mi n ， 液压油温度上升后 ， 再进行 吊梁作业 。 2 ． 2 控制卷扬马达的主阀发生故障 如果在下降动作结束时 ， 主阀接到指令 ， 阀芯 回到中位时 ，马达 回油路上的阀未能及时关闭 ， 即 马达进 、 回油路连通且都与油箱接通 ， 则马达处于 浮动状态 ， 造成负载 自行下降。 设制动器最小开启压力为 P l ， 其大小等于克服 一 6 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 制动弹簧压紧力所需的压力 ； 双向平衡阀开启压力 为 尸 2 ， 为放钩时进入油路的最低压力 ； 空载压力 为 ，即克服系统机械摩擦阻力和液流阻力所需的压 力 。为保证起升系统正常工作 ， 要求 P l P 2 。 该机液压起升系统 中的 比例阀 中位机能为 Y 型 ， 双向平衡 阀属于直通滑阀式 ， 不可避免地存在 一 定 的泄漏 ，因此在 阀芯处于 中位 ，制动都打开 后 ， 由于主阀芯开启的滞后 ， 随着 时间的延长 ， 压 力油会泄漏掉 ， 主卷扬也会缓慢下放负载 ， 如果补 油不充分就会造成马达 吸空出现负载不受控而下 溜现象。而在下降工况时 ， 如果马达进油 口的供油 量足够，则负载会以正常的最大工作降落速度下 降， 而实 际上此时 由于负载的加速作用 ， 会造成 马 达吸油侧供油不足 。马达是从油箱和 回油路 中吸 油 ， 由于马达远离油箱和油管 内径所 限， 加上油箱 中的滤清器对吸油造成 的阻力等 ，不能满足 马达 正常运转所需的流量 ，因而在进油侧就会形成负 压而产生真空 ， 马达因此而失速 ， 导致 出现负载 的 自由降落现象。 针对此问题 ， 在系统中卷扬 比例阀的回油管增 加 了阻尼 ， 将卷扬马达平衡 阀组的补油 口接到 比例 阀的回油背压阀前进行补油 ， 属被动补油。但这样 的改进 ， 如果 主阀正常开启不会有 问题 ， 一旦主阀 芯关闭 ， 就会无法进行补油 ， 还会 出现负载下溜 的 故障。为此 ， 最后选择了主动补油方式 ， 即将补油管 路接到辅助泵上 ，使起升系统可以持续进行补油 ， 消除了由于双向平衡阀泄漏而引起的溜钩故障。 2 ． 3 卷扬马达双向平衡阀故障 双向平衡阀的工作原理如图 3所示 。下降作业 时 ， 高压液压油 中的一路进入马达进油侧 ， 同时连 通双 向阻尼 阀 ， 经节流阀对 主平衡 阀芯施压 ， 使节 流 口逐渐 开启 ， 即接通 马达 的回油路 ， 负载开始平 稳地下降。下降过程中当进油压力小于 7 MP a时 ， 在弹簧力 的作用下会关小节流 口以保证进油压力 - - - 6 4---- 图3 双向平衡阀工作原理图 恢复到 7 M P a 。在下降动作停止时， 进油压力消失， 在弹簧力 的作用下节流 口关 闭， 由于有阻尼 阀的作 用， 负载能平稳地停止降落。负载停止降落时， 压缩 弹簧的压力油经一单向阀和阻尼阀泄压 。阻尼阀的 开 口太 大 ， 起不到阻尼作用 ， 负载骤然停止会产生 冲击； 阻尼阀开口太小， 泄压时间过长， 回油路关闭 迟缓 ， 就会产生 自由下落 现象 ， 如果液压油 的黏度 过大， 阻尼阀的阻尼作用就越大 ， 发生此种现象的 可能性就更大。 由于阻尼阀开 口在出厂时 已调定好 ， 使用中用 户不能随意调整， 所以只能凭以往使用积累的经验 用空钩做试验 。为此 ， 请卷扬马达和双向平衡 阀生 产厂家的技术人员根据现场实际情况 ， 利用先进 的 试验 检测仪器 ，对提梁过程 中的不同工况进行测 试 ， 并请厂方的专家进行 清洗调整 ， 将 阻尼阀开 口 变大 ， 再进行试吊， 故障现象消失。 3 结 束 语 本文针对 D L T 9 0 0型轮胎式搬运机液压起升系 统在工地调试中出现的问题 ， 通过对系统与元件的 原理分析 ， 提出了 3种可能引起故障的原因， 并分 别进行了改进设计。经过调试， 解决了故障现象， 取 得了宝贵经验， 对今后类似大型复杂的工程机械设 备的维修和故障解决起到借鉴作用。 参考文献 [ I ] 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 9 8 ． [ 2 ] 林建亚， 何存兴． 液压元件[ M] ． 北京 机械工业出版 社 ， 1 9 9 8 ． [ 3 ] 王庆新 ， 赵静， 李宣． 9 0 0 t 轮胎式提梁机故障诊断及 故障排除[ J ] ． 液压与气动， 2 0 0 9 3 7 7 7 9 ． [ 4 ] 张红军， 吴耀辉 ， 魏永辰， 等． D L T 9 0 0型轮胎式搬运 机液压系统的设计[ J ] ． 工程机械， 2 0 0 7 9 5 6 5 9 ． 通信地址 郑州市 1 0 2 0 1 信箱 控制室 4 5 0 0 0 5 郑州大方桥梁机械有 限公 司 收稿日期 2 0 0 9 0 7 2 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m