斗輪堆取料機俯仰機構故障分析與處理

胡桂花，田 野，王媛媛，畢前前

1洛陽礦山機械工程設計研究院有限責任公司河南洛陽 471039

2礦山重型裝備國家重點實驗室 河南洛陽 471039

斗 輪堆取料機是一種連續、高效、低耗的散料裝卸機械，廣泛應用于電廠、港口等裝卸煤炭、礦石的大型原料場。懸臂是斗輪堆取料機的主要承載構件，斗輪在臂架頭部，斗輪的轉動和臂架的俯仰及回轉共同完成取料工作，臂架俯仰機構雙液壓缸可以調整懸臂俯仰角度，液壓系統滿足臂架俯仰系統受力變化時的平穩性，給液壓缸的上腔施加背壓，確保臂架在俯仰過程中運行平穩無異常振動、無沖擊。

1 故障現象

工作中發現，秦皇島港口的堆取料機懸臂出現左右交替下降、劇烈的扭轉振動現象，由于臂架長期承受交變載荷和沖擊載荷，加速了懸臂疲勞失效和液壓缸支撐失穩，存在安全隱患。

為查明振動原因，保障設備和人員安全，筆者利用德國 CAESAR 公司“MOPS 模塊式信號采集系統”對俯仰液壓缸鉸點部位進行應力測試，分析應力變化并提出解決方法。

在測試中發現，臂架下俯到水平位置附近時出現扭振。由應力測試曲線可以看出，左右液壓缸鉸點部位應變不一致，相位差為 180°(見圖 1)。應變曲線變化是液壓缸壓力交替變化導致的。

圖1 改造前左右液壓缸支座應力應變曲線

2 原因分析

該設備投入使用近 30 a，俯仰液壓系統已多次維修改造，其液壓缸俯仰系統實際液壓控制原理如圖 2所示。

圖2 堆取料機臂架俯仰系統原理

動臂下降時，液壓油進入液壓缸上腔，其壓力由溢流閥調定，液壓缸下腔節流閥開啟，當P1口液壓油回油壓力下降一定值時，液控單向閥在控制壓力作用下打開，液壓缸下腔回油動臂下降。由于節流閥的液阻作用及其平衡重力的需要，當P1口壓力迅速上升到一定值時，P1口壓力反用于控制活塞，造成控制壓力不足而使液控單向閥關閉。關閉后P1口壓力再次下降一定值時，控制壓力又將液控單向閥打開。如此反復，造成動臂下降過程不穩定，引起振動。閥件個體的差異與臂架的柔性鋼結構造成左右液壓缸負載交替變化，進而引起閥的啟閉隨著液壓缸負載的變化而變化，這是因負載對控制活塞的阻尼過大引起。

無獨立泄油口的液控單向閥是內泄結構，控制活塞開啟時受回油口壓力P1的反向作用阻止單向閥開啟，臂架下降需要平衡臂架的自重。P1較大，需要較大的控制油壓。以內泄式 A1Y 類液控單向閥為例，其控制壓力為 (1.6+P1) MPa，已接近系統最大壓力 18 MPa；獨立外泄口 A2Y 類液控單向閥，其控制壓力為 (1.6+20%P1) MPa。二者需要的控制壓力差別較大，一般較小負載采用內泄式液控單向閥，較大負載采用具有獨立外泄口的液控單向閥。

3 實施方案

通過對液壓系統進行研究，采用具有獨立外泄口的液控單向閥，具有改動小，經濟性好的特點。具體實施方法如下：

（1) 將現有液控單向閥由 A1Y-Hb20B 改為 A2YHb20B；

（2) 液控單向閥和油路塊之間增加一個過渡閥塊，該閥塊設一個外接泄口；

（3) A2Y 液控單向閥安裝加長螺栓；

（4) 在油塊側面所接的回油管法蘭和油路塊之間增加一個過渡塊，旁開一個泄油口；

（5) 2 個過渡之間的泄油口用管路連接起來。

按上述方式改造后，控制壓力為 5 MPa，滿足要求。改造示意如圖 3 所示。

圖3 堆取料機液壓系統改造示意

改造后，對左右液壓缸鉸點部位應變進行測試，結果如圖 4 所示。由圖 4 可知，俯仰過程平穩，臂架下俯到達水平位置附近時扭振現象消失，臂架俯仰停止時，由于慣性作用引起的沖擊在兩銷軸支座處的應變變化一致，也未出現交替變化現象。

圖4 改造后左右液壓缸支座應力應變曲線

4 結語

筆者通過應力測試對堆取料機臂架俯仰故障進行分析，找出故障原因，設計改進方案。系統改動小且施工方便。改造后的俯仰控制系統運行平穩，原有故障現象全部消失，取得了良好的效果，有效保障了設備的安全運行。□