提梁機冷卻系統(tǒng)馬達損壞原因分析

楊子平

摘 要：提梁機作為橋梁建設(shè)中專門進行箱梁起吊的一種門式起重機，其在當(dāng)前高鐵建設(shè)項目中也得了廣泛的應(yīng)用。文章以900t提梁機為研究對象，重點酒氣冷卻系統(tǒng)馬達損壞的原因展開分析。

關(guān)鍵詞：900t提梁機;冷卻系統(tǒng);馬達;損壞原因;故障處理

為了保證鐵路線路平順性、防止線路沉降、不受地形限制、節(jié)省土地以及防止與其它鐵路線路交叉等，高速鐵路經(jīng)常需要修建橋梁。我國已建成的高速鐵路橋梁占比較高，一般達到50%～60%，有的甚至達到80%～90%。高架橋一般采用雙線整孔箱梁結(jié)構(gòu)，梁長30多米，重量近900噸，因此在制梁場內(nèi)實現(xiàn)移梁、運梁和上梁的門式起重機成為施工過程中不可缺少的設(shè)備。“提梁機”作為專業(yè)術(shù)語，于2005年首次出現(xiàn)在中國，這樣制梁場專用的“門式起重機”就帶上了一頂嶄新而實用的桂冠。大多數(shù)輪胎式提梁機采用液壓驅(qū)動，具有傳動平穩(wěn)、體積小、無級調(diào)速等優(yōu)點。但其液壓系統(tǒng)存在發(fā)熱的問題，需要采用散熱裝置對系統(tǒng)進行散熱。文章針對900t提梁機冷卻系統(tǒng)風(fēng)扇馬達出現(xiàn)齒面磨損、軸斷裂等故障，找出故障產(chǎn)生的原因，對系統(tǒng)進行改進，故障現(xiàn)象消除。

一、提梁機典型結(jié)構(gòu)

提梁機的組成部分主要包括主體結(jié)構(gòu)、電控系統(tǒng)、支撐及轉(zhuǎn)向機構(gòu)、大車走行機構(gòu)、液壓系統(tǒng)、變幅機構(gòu)、操作室、起升機構(gòu)、發(fā)電機組、安全裝置等，以下主要介紹其中較為典型的三個部分：

（一）主體結(jié)構(gòu)

提梁機的主體結(jié)構(gòu)用來承受混凝土箱梁，主體結(jié)構(gòu)包括四條支腿、端橫梁與主梁，構(gòu)件間采用高強度螺栓聯(lián)接，便于拆裝和運輸。主體結(jié)構(gòu)一般采用抗扭性能好的箱形梁形式，其中主梁有單梁、雙梁兩種形式。

（二）起升機構(gòu)

起升機構(gòu)的組成部分包括車架、均衡滑輪、導(dǎo)向滑輪、定滑輪組、動滑輪組、箱梁吊具、卷揚機等，卷揚機安裝在主梁頂部兩端，電動機通過彈性聯(lián)軸器經(jīng)減速機直接驅(qū)動卷筒。吊梁小車位于主梁上，并安裝定滑輪組，通過鋼絲繩纏繞動滑輪組和吊具形成起升機構(gòu)。吊梁小車底部安滑動板支撐在主梁頂軌道上，通過縱移油缸的推拉作用完成縱向調(diào)整對位。

（三）液壓系統(tǒng)

提梁機液壓系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向支承液壓泵站、支承油缸、轉(zhuǎn)向油缸、吊梁小車縱移泵站、縱移油缸，以及控制閥組、管路和輔件組成;支承液壓泵站操作方式為電控就近控制;每臺吊梁小車縱移泵站配兩套電控系統(tǒng)，為便于現(xiàn)場調(diào)整，1套就近安裝，1套安裝在司機室。

二、實例分析

（一）某900t提梁機冷卻系統(tǒng)原理

冷卻系統(tǒng)主要由雙聯(lián)齒輪泵、冷卻閥組、冷卻器、回油過濾器四部分組成，如圖1所示。左側(cè)齒輪泵液壓油經(jīng)冷卻閥組、單向閥，流入冷卻器散熱片，當(dāng)其對應(yīng)電磁閥得電后，油液供給其他執(zhí)行元件。右側(cè)齒輪泵液壓油經(jīng)過主溢流閥、馬達電磁閥流入冷卻器散熱片，當(dāng)馬達電磁閥得電后，油液流入冷卻風(fēng)扇馬達，驅(qū)動風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)。

圖1冷卻系統(tǒng)原理圖

依據(jù)系統(tǒng)原理，對液壓元件進行選型。系統(tǒng)采用道依茨215kW發(fā)動機，閉式液壓系統(tǒng)驅(qū)動行走，負載敏感系統(tǒng)驅(qū)動轉(zhuǎn)向、懸掛及支腿系統(tǒng)，效率η約為75%，則需散熱功率

P=215（1-η）（1）

冷卻系統(tǒng)所需當(dāng)量冷卻功率

P′=P（T1-T2）（2）

式中：T1為期望油溫60℃，T2為環(huán)境溫度40℃。求得當(dāng)量冷卻功率為2.6kW。由冷卻器樣本曲線可知，某品牌T9冷卻器在散熱片通過流量300L/min、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速1500r/min時滿足上述要求。風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)靠馬達帶動，馬達排量V=21mL。發(fā)動機帶動泵旋轉(zhuǎn)，正常轉(zhuǎn)速為1800r/min，則泵的排量

V=1500V′/1800=16.67mL（3）

將泵的排量圓整為20mL。

為便于計算，將風(fēng)扇葉片的轉(zhuǎn)動慣量等效為飛輪的轉(zhuǎn)動慣量。由于飛輪整體性較好，風(fēng)扇葉片間存在間隙，引入不均勻系數(shù)k，有：

J=KmD2k/4=0.84kg.m2（4）

式中：J為轉(zhuǎn)動慣量;K為系數(shù)，取為0.55;m為質(zhì)量，m=10kg;D為直徑，D=0.9m;k為不均勻系數(shù)，取為0.75。

（二）系統(tǒng)建模與仿真

根據(jù)液壓原理圖，創(chuàng)建系統(tǒng)AMESim仿真模型，為便于分析，模型省略了與液壓馬達旋轉(zhuǎn)無關(guān)回路。

電磁閥信號設(shè)置為前15s右端工作、后5s中位工作，仿真時間設(shè)置為20s，刷新率為100Hz。對仿真系統(tǒng)做如下假設(shè)：泵、閥等均為理想元件，無內(nèi)泄漏。

通過仿真后可知：

（1）前15s內(nèi)，系統(tǒng)壓力逐步趨于穩(wěn)態(tài)，當(dāng)電磁閥換向時，A口壓力由于風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)慣性的緣故，變?yōu)?0.09MPa。B口壓力由于緩沖閥的作用，在風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動的2.5s內(nèi)處于15MPa。馬達在前15s內(nèi)扭矩逐步趨于穩(wěn)定，在15s時刻，扭矩由33突變到-50N？m。轉(zhuǎn)速在5s內(nèi)逐漸增大，隨后穩(wěn)定在1700r/min，從15s開始，持續(xù)2.5s的時間，轉(zhuǎn)速由1700降到-80r/min。

由此推斷，第15s時，由于慣性作用造成馬達A口負壓，負壓可能產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象，使齒輪齒面形成類磨損現(xiàn)象。馬達額定扭矩為70N？m，系統(tǒng)第15s時，由33突變到-50N？m，頻繁的狀態(tài)切換，造成系統(tǒng)沖擊過大，可能是軸斷裂的原因。為了驗證推斷的正確性，將緩沖閥回油口連接到電磁閥A口，將緩沖閥壓力由原來的15MPa設(shè)定為10MPa，為了盡可能減少沖擊，緩沖閥旁路并聯(lián)直徑為1mm的阻尼。改進后的系統(tǒng)，在第15s時，

（2）A口壓力為0，沒有負壓存在，B口壓力為10MPa。扭矩由33突變到-35N？m，轉(zhuǎn)速由1700r/min逐漸趨近于0，不存在負轉(zhuǎn)速。由此可推斷，系統(tǒng)在運行中不會出現(xiàn)真空和負轉(zhuǎn)速，馬達突變扭矩由原來的-50N？m變?yōu)?35N？m，沖擊性減小，原因是馬達達到緩沖閥設(shè)定壓力，由于設(shè)定壓力減小，因而扭矩及沖擊減小。緩沖閥將多余的流量補充到馬達油口的另一端，使真空消除。由于并聯(lián)阻尼的存在，馬達在停止過程增加一個緩沖量，使轉(zhuǎn)速逐步降低，停止過程更平穩(wěn)。應(yīng)用更改后的系統(tǒng)，故障現(xiàn)象象消除，系統(tǒng)平穩(wěn)運行。

總之，通過本文的分析，可以得出如下結(jié)論：（1）分析了提梁機冷卻系統(tǒng)風(fēng)扇馬達齒面磨損、軸斷裂的原因。（2）利用AMESim軟件對系統(tǒng)進行建模與仿真，驗證了負壓是造成齒面磨損、沖擊過大是造成軸斷裂的原因。（3）對系統(tǒng)進行改進，緩沖閥回油口連接電磁閥A口，壓力設(shè)定為10MPa，可有效消除系統(tǒng)負壓，減小系統(tǒng)沖擊，使系統(tǒng)平穩(wěn)運行。

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