鋁傾斜式旋轉(zhuǎn)熔煉爐液壓系統(tǒng)故障分析及改進(jìn)

戴啟鵬，何佳鑫，王朝輝，崔品楠，呂昌龍

(遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼寧 遼陽 111000)

1 原液壓系統(tǒng)工作原理

鋁傾斜式旋轉(zhuǎn)熔煉爐液壓原理如圖1所示。系統(tǒng)有兩部分，一是由循環(huán)泵、冷卻器、過濾器、油箱組成循環(huán)冷卻系統(tǒng)，二是由恒壓變量柱塞泵、過濾器、比例換向閥和定量馬達(dá)組成的開式系統(tǒng)。

電機6帶動泵7啟動，油液經(jīng)單向閥10過濾器11到比例換向閥12的P口，溢流閥8得電系統(tǒng)升壓，同時，比例換向閥12的b得電，油液經(jīng)比例換向閥12、平衡閥15的單向閥到液壓馬達(dá)19，馬達(dá)正轉(zhuǎn)，回油經(jīng)過平衡閥16、比例換向閥12回油箱。壓力傳感器9、15、16用于檢測系統(tǒng)及工作壓力，溢流閥17、18用于保護(hù)馬達(dá)，馬達(dá)與轉(zhuǎn)爐之間采用齒輪箱連接。

2 鋁傾斜式旋轉(zhuǎn)熔煉爐旋轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)故障分析

2.1 在鋁加熱初段旋轉(zhuǎn)速度保持2r/min

在加熱初段，需要一個穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。旋轉(zhuǎn)是由馬達(dá)驅(qū)動，負(fù)載變化直接影響馬達(dá)的壓力。隨著爐內(nèi)鋁料增多，油壓升高。爐內(nèi)鋁料的拋跳，馬達(dá)的壓力波動范圍增大，造成旋轉(zhuǎn)熔煉爐無法作業(yè)。主要原因如下：

（1）比例換向閥導(dǎo)閥卡閥后磨損，比例放大板容易燒毀。PLC控制系統(tǒng)根據(jù)爐體上的轉(zhuǎn)速傳感器輸出一個4～20mA的電流信號來調(diào)節(jié)比例換向閥的閥口開度，按PID算法調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。而爐內(nèi)混合料的拋跳，使馬達(dá)工作壓力上下波動，在閥口開度不變的情況下，造成閥前后壓差變化，使馬達(dá)流量不穩(wěn)，比例換向閥控制電流不斷調(diào)整，極容易造成卡閥和比例放大板燒毀。

（2）馬達(dá)配油盤的磨損，馬達(dá)溢流閥密封損壞。上面提到的爐內(nèi)混合料的拋跳，使馬達(dá)的工作壓力上下波動，波動范圍8～22MPa。按每天工作八小時計算，運行2個月馬達(dá)壓力波動5萬次左右，出現(xiàn)馬達(dá)開始喘氣，扭矩急速下降。拆解發(fā)現(xiàn)其配油盤磨損嚴(yán)重，有1～1.5㎜的間隙，使馬達(dá)泄漏變大，輸出功率降低。另外，馬達(dá)回油腔溢流壓力調(diào)定為23MPa,消除了部分沖擊，相當(dāng)于拋跳一次溢流閥工作一次，并將馬達(dá)高壓腔壓力高頻溢流到低壓腔的液壓能大部分轉(zhuǎn)化成熱能，加劇了閥組及馬達(dá)密封件高溫疲勞沖擊損壞。

圖1

圖2 改進(jìn)后的閉式液壓原理

2.2 在鋁加熱中段旋轉(zhuǎn)速度需保持在5r/min

在鋁加熱中段，需要提高馬達(dá)旋轉(zhuǎn)速度，保證鋁液充分沖刷混料，使其加熱均勻，達(dá)到快速融化目的。此時，馬達(dá)的流量比較大，壓力也比較高，而在加熱中，段爐內(nèi)混合料拋跳引起的壓力波動稍微降低,大約為8～16MPa，造成比例換向閥開口的壓差增大，通過閥口的液壓能轉(zhuǎn)換成熱能，造成系統(tǒng)溫升快，能耗加大。本系統(tǒng)中平衡閥壓力調(diào)定數(shù)值為24MPa,導(dǎo)壓比為3:1，需要8MPa的開啟壓力打開平衡閥，而實際空爐只需4～5MPa,這就造成系統(tǒng)中的部分液壓能被消耗而轉(zhuǎn)換成熱能。

3 改進(jìn)與改進(jìn)分析

通過以上故障分析及對比，設(shè)計出一種不受壓力波動影響，控制穩(wěn)定性高且節(jié)能的液壓系統(tǒng)成為關(guān)鍵。如圖2所示，本系統(tǒng)分兩部分，一是由循環(huán)泵、冷卻器、過濾器、油箱組成的循環(huán)冷卻系統(tǒng)。二是由變量泵組、沖洗閥組、蓄能器、溢流閥組、油源閥組、比例換向閥和低速大扭矩馬達(dá)組成的閉式系統(tǒng)。

電機6驅(qū)動泵7工作，比例換向閥9得電換向到左側(cè)，補油泵22的油經(jīng)單向閥23、高壓過濾器24、三通接蓄能器28和比例換向閥9進(jìn)入泵伺服油缸8，使泵的斜盤傾斜一個角度，泵7排油經(jīng)上部管路進(jìn)入低速大扭矩馬達(dá)21。馬達(dá)驅(qū)動爐正轉(zhuǎn)，馬達(dá)21回油經(jīng)下部油道到泵7的低壓側(cè)，形成了一個封閉循環(huán)油路。同時，高壓油使沖洗閥19下移，一部分熱油從馬達(dá)的低壓側(cè)經(jīng)沖洗閥的回油溢流閥20流回油箱。補油泵22的冷卻油經(jīng)下部單向閥17也流進(jìn)低壓側(cè)，使系統(tǒng)中的油液能更新一部分。通過比例換向閥9控制進(jìn)入變量柱塞泵伺服油缸8油量，來調(diào)節(jié)變量泵斜盤的擺角大小，實現(xiàn)改變泵排量的大小達(dá)到調(diào)速目的。若出現(xiàn)馬達(dá)過載，則高壓油從上部的溢流閥10溢流，這時變量泵能自成回路，而馬達(dá)減速或停止，達(dá)到保護(hù)機件的目的。若比例換向閥9回到中位，變量柱塞泵的伺服油缸中的油液泄空，變量泵的斜盤恢復(fù)到中位，柱塞泵不再排油，此時，沖洗閥在液壓壓力平衡也會慢慢回到中位，切斷了兩腔通往油箱油路，整個閉式液壓系統(tǒng)制動。改進(jìn)后的閉式液壓系統(tǒng)除了主油路回路外，還有補油泵回路、液壓馬達(dá)軸承沖洗回路、制動停車輔助回路。

3.1 補油泵回路

補油回路的作用是：（1）不斷向閉式系統(tǒng)提供足夠的油液，補償元件的泄漏。（2）將系統(tǒng)中的熱油從沖洗閥交換出來，保證回路得到冷卻和過濾；（3）向主泵比例換向控制閥提供油源，保證變量泵正常變量。

3.2 液壓馬達(dá)軸承沖洗回路

此回路是通過對馬達(dá)軸承進(jìn)行沖洗，有效減低爐熱輻射影響，將馬達(dá)高壓內(nèi)泄出來的熱油帶回油箱進(jìn)行冷卻，保護(hù)了馬達(dá)密封件，延長了馬達(dá)使用壽命。

3.3 制動停車輔助回路

當(dāng)電機帶動主泵運行時，油泵起壓，通過油源閥組電磁方向閥通斷，來控制制動器的開啟和關(guān)閉，以達(dá)到馬達(dá)停止時鎖住馬達(dá)的作用。

4 結(jié)語

改進(jìn)后的鋁傾斜式旋轉(zhuǎn)熔煉爐，采用了閉式液壓系統(tǒng)，其系統(tǒng)無節(jié)流損失，基本不受負(fù)載波動影響，傳動平穩(wěn)控制精度高，降低了能耗，提高了工作效率。