泵控式混合機液壓傳動系統的故障分析與改進

文獻標識碼：B

文章編號：1004-4620（2015）05-0075-02

收稿日期：2015-05-20

作者簡介：袁德寧，男，1983年生，2007年畢業于安徽工業大學機械設計制造及其自動化專業?，F為山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠機動科工程師，從事設備管理工作。

1　前　言

混合機是燒結工藝生產的重要設備，它的作用是將燒結過程中使用的燃料、溶劑、礦石及附加物添加劑等充分混勻，加水潤濕，制粒造球等，從而獲得化學成分均勻、粒度適宜、透氣性良好的燒結料。山鋼股份萊蕪分公司型鋼煉鐵廠使用的混合機筒體尺寸為Φ5 100×25 000，生產能力1 200 t/h，驅動扭矩520 kN·m。為了使系統傳輸平穩可靠且節能，采用先進的泵控式液壓傳動系統。泵控系統的全稱是泵排量控制系統，它是將變量泵直接與執行元件相連，減少了中間控制元件。因此，泵控系統具有能量損失小、總效率高、穩定性好、結構緊湊、重量輕、低噪聲等優點 ［1］。泵控式液壓系統又稱閉式液壓系統，內部油液通過置換率低且效率高，缺點是內部一旦出現磨損很難檢測，且油液只能部分冷卻，油溫敏感，多個泵、電機組成傳動系統，出現異常時很難被及時發現以至于造成事故。萊鋼型鋼煉鐵廠混合機在使用過程中曾出現過油箱油溫高、電機電流高跳閘以及電機損壞等故障，通過分析故障原因，制定了一系列措施。措施實施后，泵控式混合機液壓傳動系統實現了故障率為零的目標。

2　液壓系統工作原理

混合機滾筒體由4臺CB400電機共同驅動，泵站設置7臺閉式泵。系統最高工作壓力35 MPa，總驅動功率1 400 kW，單向傳動。系統工作時，為了避免主油泵啟動時對液壓電機造成壓力沖擊以及將電機內磨損下的顆粒帶走，該液壓系統設置了獨立的液壓沖洗系統。啟動沖洗系統5 min后方可以啟動泵站，以確保系統充油可靠。泵站內的7臺泵系統原理相同。

系統中主泵、輔泵、補油泵共同由主泵電機驅動。主泵電機啟動后，輔泵為比例閥供油。補油泵排出的液壓油通過內置閥組直接到達主泵入口。在沒有給出輸出信號前，比例閥處于零位，主泵的斜盤位于中位，主泵無排量。當系統發出輸出指令后，根據選擇輸出百分比，系統輸出180～320 mA的電流信號，通過比例閥來控制斜盤傾角，從而控制主泵輸出流量。7臺泵輸出的油液共同經過主管道進入4臺電機。油液從電機流出后進入主管道然后再次分流至各泵回路，回路中20%～25%的高溫油液通過旁路支管流經泵體內置更油閥（液動換向閥、補油溢流閥）、過濾器、冷卻器回到油箱。每2、3臺泵公用1臺冷卻器，冷卻器根據油箱中油溫高低自動調節水量。電機除驅動A/B口外還有外置沖洗和泄露D油路。系統中一個電機安裝了速度監視器，但僅用于顯示轉速并不參與控制。整個系統調速控制為開環控制。

2　液壓系統存在的問題及處理措施

2.1油箱油溫較高

該液壓站1 #、2 #泵共用1 #油冷器和1 #油箱，3 #、4 #泵共用2 #油冷器和2 #油箱，5 #、6 #、7 #泵共用3 #油冷器和2 #油箱，3個油箱用管道聯通。為保證系統長期穩定運行，液壓系統對溫度要求較高，系統設置油溫55℃報警，60℃停機。自投用以來1 #油箱溫度處于正常范圍，2 #和3 #油箱溫度都接近報警溫度。

經過現場測量1 #、2 #、3 #冷卻器水流量相近，2 #冷卻器溫差較小，根據換熱原理可知，進口油溫相同時，流經2 #冷卻器的熱油量不足。分別對2 #冷卻器的兩臺泵長時間負載運行并測量冷卻器進出水溫度發現，單獨運行4 #泵時水的溫差為零，即4 #泵不更油，判定4 #泵更油閥中的液動換向閥卡住。3 #油冷器理論換熱量比1 #冷卻器大50%，但在控制閥門完全打開時水流量仍相近，根據流體力學知識可知該過濾器已經堵塞。

措施實施：1）為了能夠及時反映出流經各冷卻器的油液流量，在冷卻器放油口處加裝三通閥門，接入壓力表。正常運行時回油壓力為0.3～0.35 MPa（若經濟許可，回路增加流量表更為精確）。2）更換4 #泵液動換向閥，并進行測試。流經2 #冷卻器的油液壓力由原來的0.15 MPa增加到0.3 MPa。3）3 #冷卻器阻塞嚴重，對其進行清洗。4）在循環水中加絮凝劑，及時沉淀水中污泥。措施實施后，冷卻器、油箱以及油泵的溫度值在混合機設備正常生產過程中均為正常。

2.2電機電流較高導致跳閘

據運行記錄統計，近1 a中由于負載變化累計引起5次跳閘，其中4 #泵跳閘1次，5 #泵跳閘4次，PLC報警均為過流。為了排除電機的影響，對5 #泵電機進行更換，不久又出現過流跳閘。

泵的輸出流量是通過壓力比例閥的輸入電流進行調整，系統會按照輸入比例數值對比輸出180～320 mA的電流信號。由于系統采用開環控制，受到彈簧屬性、摩擦阻力、系統泄漏等因素的影響，泵的輸出并不是精確的，會有一定的誤差，所以電機輸出功率也不同。對系統中每臺電機增設電流歷史趨勢，發現最大負載時電機電流運行均值為：1 #泵260 A，5 #泵電流320 A，其余電流在280～300 A范圍內，負載不均。由于跳閘都是發生在混合機滿負載運行過程中，根據這一特點，只需要調整最大輸出時電機輸出均衡即可。調整方法是調整比例閥最大和最小輸出電流來控制泵在混合機滿負載情況下的各泵輸出，從而調整所有電機的電流在最大負載運行時相互接近，即電流差±10 A。經查，比例閥最大工作電流為380 mA，因此比例閥電流可在0～380 mA范圍內進行調節。調整后的系統運行半年來未發生過跳閘事故。

2.3電機損壞事故

2014年9月12日，混合機液壓傳動系統因3 #電機溫度高而自停，同時過濾器中發現大量金屬粉末。更換過濾器后運行16 h，系統再次跳閘，過濾器堵塞報警，且發現了金屬顆粒。

經拆檢后發現除電機活塞、缸體、密封件等易損件磨損外，電機非傳動端軸以及電機傳動端殼體的軸承處也出現異常磨損。經分析，電機非傳動側軸和傳動側殼體的磨損的直接原因是其配合的軸承跑內圈和跑外圈，根本原因是扭矩臂安裝誤差過大，軸承受到交變徑向力的同時還會受到一定的交變軸向力，引起軸承跑圈，從而磨損軸或磨損軸承座。磨損產生的金屬顆?；烊牍ぷ饔鸵褐兄苯訁⑴c工作循環，加劇了其他部位磨損，形成惡性循環。在該閉式系統中，回路中僅有20%～25%油液流經過濾器過濾，很難排出，這也是事故發生的另一重要原因。由于系統中所有電機采用公用管道供油，因此其他電機也受到了不同程度的污染。

為了徹底消除金屬顆粒帶來的隱患，進行電機和泵的拆檢清洗、對管路進行沖洗。調整電機扭矩臂的安裝誤差在±2 mm范圍內、負載時誤差在± 15 mm內，并檢查所有球鉸軸承。在電機泄露回路中設置磁性過濾器，定期檢查是否產生金屬顆粒。

2.4其他改進措施

系統運行過程中，水的流量根據油液溫度進行調節，冬天溫度較低水路處于關閉狀態。為防止水管凍裂、損毀，將水量調節設置最低值1 m 3/h。

定期對電機、泵體振動進行檢測，并記錄形成歷史趨勢。振動檢測除檢測電機和泵的運行情況，還檢測設備安裝情況，便于及早發現設備異常并處理。在振動檢測的基礎上，每季度化驗油液污染度、顆粒物并進行分析，掌控系統運行狀態，實現按質換油，節約了大量油脂費用 ［2］。

3　應用效果

泵控式混合機液壓傳動系統通過測量和提高泵的更油量、調整油泵輸出實現電機電流相同輸入以及校正電機安裝誤差提高電機壽命等措施，實現了設備零故障，延長了泵和電機的維保周期、油液更換周期，減少設備隱患和設備故障，降低了維護運行費用。液壓油運行18個月，檢測油液的理化指標依然合格，所有泵體和電機均無不良磨損。