6000kN水壓機的改造

蔡 宏 胡 俊 朱曉冬（中車大連機車車輛有限公司，遼寧 大連 116021）

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6000kN水壓機的改造

蔡 宏 胡 俊 朱曉冬
（中車大連機車車輛有限公司，遼寧 大連 116021）

摘 要：對公司6000kN水壓機進行改造，采用了現代傳動和控制技術以及現代分析方法，使其功能和特性達到現代同類設備技術水平，并在減輕工人的勞動強度、提高設備的維修性、可靠性、安全性，減少故障率，提高生產效能等方面體現出特點。

關鍵詞：水壓機；油壓機；液壓系統

6000kN水壓機為三梁四柱式，主要用于各種機車的構架、側架、變壓器箱等板材成型，現已使用了28年。設備不僅存在結構陳舊、故障率高等問題，而且由于設備采用水作為動力的介質，使全套設備占地面積大，能耗高，管路復雜，維修、維護困難，且動力系統配件采購困難，特別是采用的充液貯罐屬于壓力容器，國家規定壓力容器必須每年進行檢測、檢驗，使用成本較高，需要進行合理改造。

一、水壓機存在的問題

1.機械部分

（1）下橫梁上平面、活動橫梁下平面、工作臺上下平面長期使用磨損較嚴重，精度喪失。

（2）4根立柱、導向銅套長期使用表面拉傷、磨損嚴重。

（3）移動臺柱塞液壓缸使用頻率高，密封件嚴重老化。

2.電氣控制系統部分

（1）配電柜及電氣元件、電纜線長期使用老化嚴重，安全隱患較大。

（2）水泵電機、所用電氣元器件基本淘汰，控制方式落后，故障點難以查找。

二、改造方案

為了控制改造成本和改造周期，改造方案中保留水壓機的主體，包括上、下橫梁，活動橫梁，3個主液壓缸，2個提升缸及活動工作臺。主要改造措施包括將工作介質由水改為油，即將水壓機改為油壓機，降低能源消耗。機械方面的問題，如工作缸、提升缸、立柱、立柱導套、活動橫梁等進行修理，達到要求的精度。對液壓、電氣控制系統進行重新設計制造。控制方面采用PLC可編程控制，配備觸摸屏，實現油壓機傳動的自動化控制，提高設備整體技術性能和自動化程度，提高產品質量和勞動效率，降低生產成本的改造目的。改造后的設備與現在生產線上的同類設備在一個技術水平上，達到減輕工人勞動強度、提高設備的維修性、可靠性、安全性，減少故障率，提高生產效能的目的。

三、液壓系統設計

本次改造的重點是液壓系統，液壓機改造后要滿足機械性能指標，主要取決于液壓系統的性能。另外，液壓機的控制系統和安全保護裝置功能的實現也要與新設計的液壓系統相匹配。

1.主要技術參數

壓力機公稱壓力為6000kN，單個主液壓缸壓力為2000kN（共3個缸），液體最大工作壓力為20MPa，油箱容積為：2.2m3，活動橫梁最大行程為1200mm，空程下行快進速度90mm/s，工作行程速度5mm/s，回程速度90mm/s。主缸直徑為360mm，提升缸直徑為170mm。

2.液壓系統原理圖

液壓系統采用二通插裝閥集成塊，其特點是響應速度快、通油能力大、流阻小等，同時工作可靠、便于維護修理。液壓系統原理圖如圖1所示。

圖1　液壓系統原理圖

3.液壓系統控制分析

（1）快速下行。

當YV1、YV2、YV3、YV6得電時，兩泵同時向中間液壓缸注油（排量320L/min），推動上工作臺、3個柱塞缸和滑塊快速下行，充液閥自動向中間液壓缸補油，兩側兩個液壓缸內形成負壓，充液閥自動打開向兩側兩個液壓缸內注油。當YV5得電時，兩側提升缸內油經閥F3和F10流入油箱，調節閥F3可控制回油量大小，控制下降速度90mm/s。

（2）慢速下行。

當YV2、YV10、YV5、YV6得電時，一泵向中間工作缸注油，充液閥關閉不能向液壓缸注油，因為提升缸的回油受到閥11控制上滑塊須靠中間液壓缸有一定的壓力才能下行，滑塊下行速度完全靠進油量大小來控制而定。

（3）微動下行。

當YV2、YV10、YV5、YV6、YV8得電，3個工作缸同時進油，系統的2個充液閥不能自動打開，活動橫梁全由進油量得大小來控制下行。

（4）工進機床工作壓力。

當YV1、YV2、YV5、YV6得電時，中間工作缸單獨工作時，機床工作壓力2000kN，YV8得電3個液壓缸工作時，機床工作壓力為6000kN。

（5）回程。

YV9得電實現壓力預卸，YV4、YV7得電，兩側提升缸進油，充液閥打開主液壓缸回油箱。

4.液壓泵和電機的選擇

為了使系統壓力達到20MPa的工作壓力，工況快進時所需的流量最大，由公式結合工作性質，選用了最大壓力為31.5MPa的160YCY14-1B壓力補償變量柱塞泵，排量160ml/r；額定轉速1000r/min；容積效率92%，其流量160L/min，兩泵同時工作時流量320L/min。而工作缸實際需要的流量最大為，由此知雙泵供油嚴重不足，工況快進無法實現。為了使液壓機能夠正?？爝M，在液壓系統中設計補油油箱。補油箱的尺寸為600mm×2600mm×1100mm。為了節省空間將補油箱安裝在設備主體上橫梁上方。工作缸和提升缸是液壓機的執行件。各自工況的工進、快進、回程速度不同，工作缸和提升缸所消耗的功率不同。電動機額定功率由消耗最大的工況的功率來計算，比較主工作缸、提升缸各工況所需功率，主工作缸工進時的功率最大，最大功率為35kW。由于液壓泵通常在空載下啟動，對電動機的啟動轉矩要求不是很高，負載變化不大，啟動頻率低，本設計采用三相異步電動機，同時Y系列電動機是國家頒布的節能產品。選電動機型號為Y250M-6，額定功率37kW；轉速為980r/min。

另外，本液壓系統配有獨立的油溫水冷卻裝置和加熱系統。液壓機一般工作油溫在15～55℃之間。可以自動報警和數字顯示，油溫超過45℃時報警，超過60℃時機器自動停止工作。液壓系統設有獨立的過濾系統，能夠確保工作油液的清潔度，過濾精度選定10～20μm。

四、設備的調試

1.準備工作

（1）試車前從空氣濾清器注油口，注入潔凈的NASII級，YB-N46號抗磨液壓油，油注滿至油箱上油標刻度位置。

（2）按液壓原理動作檢查液壓系統各元件手柄位置是否正確。

（3）檢查液壓系統各連接部件，確保各連接件無松動避免出現漏油等現象。無疑義后啟動試車。

2.設備試車

（1）按液壓原理動作說明，啟動電機后，進行空負載循環，觀察油箱內油是否正常循環，等空轉正常后，再操作相應按鈕，使主液壓缸在規定的行程內上下、前后運行若干次，各動作轉換過程中檢查各電磁鐵及閥的動作是否靈活可靠，各密封處、管接頭是否有滲漏。

（2）負載試車前在工作臺上放好承壓的金屬塊，先調系統工作壓力，調節高壓泵電磁溢流閥，漸漸升壓，從5MPa，直到最大工作壓力25MPa，低壓泵溢流閥調至2.5MPa，在負荷運轉過程中，應隨時檢查各管接頭及密封處是否滲漏，若發現有滲漏，應立即停機檢查，禁止設備運行時進行。

（3）上述動作正常無誤后，按液壓原理動作說明進行動作操作，進一步檢查液壓及電器，元件工作的靈敏可靠性及平穩、無噪聲，隨后全面的按合格證明書檢查設備的質量及主要技術規格，全部正常后可投入使用。

3.調試中的問題及解決

（1）泵的噪聲、振動過大。

分析原因是液壓系統裝配時，加注液壓油過程中未對泵進行排空，導致有空氣被困在泵的工作容積內，當系統壓力上升時，空氣的體積變化導致泵不能連續穩定的工作。拆卸泵的出油管接頭進行排氣后，泵工作正常。

（2）溫升過高。

調試過程中因為液壓系統的卸荷時間過短，導致液壓系統短時間內反復工作，系統散熱時間不足。

通過調整液壓系統卸荷時間，使系統溫升達到要求的范圍。

（3）管件漏油。

調試過程中發現管路振動大，導致密封件損壞，出現漏油現象。在振動大的管段增加管路固定點，抑制管路振動，并更換密封件，問題得到解決。

五、結語

該設備改造使用近6個月以來，出現的故障少；操作使用方便；大大節省了勞動力，提高了生產效率。改造的效果比較好，設備的主要技術性能指標達到了預期的要求。另外本論文的改造案例對以后老式水壓機的改造有一定的參考價值。

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中圖分類號：TG375

文獻標識碼：B

文章編號：1671-0711（2016）03-0062-03

收稿日期：（2016-01-18）