卸船機起升開閉減速箱稀油潤滑系統改造

王杰

（滄州黃驊港礦石港務有限公司，河北滄州 061113）

0 引言

卸船機抓斗起升、開閉及小車行走采用四卷筒機械差動機構傳動形式，抓斗的不同動作均由機器房內差動機構實現。四卷筒機械差動機構的所有動作由2 臺起升電機、2 臺開閉電機、1 臺小車電機和2 臺行星差動減速機及相關制動器按一定規律配合實現。在整個動作過程中2 臺行星差動減速機起核心作用，是卸船機最關鍵的部件之一。因此，要實現卸船機的正常高效運轉，減速機日常維護保養就顯得尤為重要。

1 背景

某港卸船機減速箱型號為TJ9225，工作級別為M8，載荷狀態為L4，工作強度大。所用潤滑油為L-CKC320。由于減速箱體積較大，每臺減速箱潤滑油池所需加油量為1900 L，單靠箱內齒輪的轉動形成的飛濺潤滑無法滿足箱內各部位摩擦副的自動潤滑要求，所以采用了均勻高效的噴射潤滑方式。每臺減速箱的稀油潤滑系統各配有一套外置稀油潤滑系統，2 臺螺桿液壓泵（1 臺為主動泵，1 臺為備用泵）通過系統油路從減速箱下部油池中吸取潤滑油，加壓后通過相應管路及控制系統輸出到減速箱頂部的噴射油嘴將潤滑油噴灑到箱體內部的各個轉動摩擦副上形成油膜以減少相應轉動部位的磨損，延長減速箱的使用壽命。

稀油潤滑系統在冬季運行過程中問題不斷，壓力、流量等各項指標參數均不符合相應設計參數，且由于運行壓力超過設計標準，壓力表等各種輔助部件時常出現問題，且漏油情況時有發生，導致停機維修，大大降低了卸載效率，對稀油潤滑系統進行技術改進勢在必行。

2 存在問題

2.1 系統結構分析

稀油潤滑系統工作原理如圖1 所示。通過吸油過濾器，螺桿泵從減速箱油池中吸取潤滑油，通過雙螺桿泵進行加壓輸出（雙螺桿泵有2 臺，1 臺為主動泵，1 臺為備用泵，當輸出系統壓力過低時，備用泵啟動，保障系統正常工作）。輸出的油液通過雙筒過濾器，再經過2 個數顯溫度繼電器（1 個控制冷卻風機的啟停，當溫度高于60 ℃時冷卻風機啟動，溫度低于50 ℃時冷卻風機停止；1 個提供溫度報警信號，當溫度高于80 ℃時高溫報警，溫度低于30 ℃時低溫報警）。1 個數顯壓力繼電器（控制備用泵的啟停，當管路壓力小于0.15 MPa 時備用泵啟動，當管路壓力大于0.2 MPa 時備用泵停止，當管路壓力小于0.1 MPa 時低壓報警）。到達風冷卻器，冷卻后通過膠管輸送到減速箱頂部的各個噴頭，潤滑減速箱內零部件。其中，安全閥和膠管總成為溢流回路，當螺桿泵輸出端壓力過大時對油液進行溢流。

圖1 稀油潤滑系統原理

2.2 系統主要問題

（1）由于冬季機器房內溫度較低，而潤滑油的黏度隨溫度降低急劇增大（黏溫曲線），系統在冬季作業初期油溫較低的一段時間內，減速箱上部油液噴頭噴嘴較小，不能對潤滑油快速有效排出，降低潤滑效果的同時導致系統壓力增大，螺桿泵負載增大，出現螺桿泵電源空開頻繁跳閘的情況，嚴重影響作業效率；同時，安全閥排量較小，不能對系統潤滑油快速有效排出，起不到降低系統壓力的作用。

（2）稀油潤滑系統不能對管路潤滑油流量進行準確顯示，原稀油潤滑系統只有一個流油指示器，只能肉眼觀察是否有油液流動，不能判斷系統流量是否異常，是否能有效對減速箱內齒輪進行潤滑。

3 技術改進方案

3.1 降低壓力增大流量

為降低壓力增大流量，對系統進行了如下改進（所有計算均假設在40 ℃理想溫度，壓力為額定0.4 MPa，流量為90 L/min條件下）

（1）在風冷卻器處增加旁路，使之在冬季油溫較低無需啟動風冷的條件下，通過旁路風冷卻器，降低油液通過風冷卻器的壓力損失，加大系統末端噴嘴處的壓力，增大噴油流量。經現場實際測定，在40 ℃時，打開旁路后系統測定壓力減小0.04 MPa，即風冷器的壓力損失為0.04 MPa。

（2）將回油管路直徑增大，更換較大直徑的回油管路。橡膠管路沿程壓力損失表達式[1]為：

原管路d=38 mm，l=4000 mm，根據式（1），可以得出其沿程壓力損失為：

更換后的管路d=51 mm，l=4000 mm，根據式（1），其沿程壓力損失為：

根據以上計算可得，更換管路后，管路壓降可減小：

（3）減速箱上部噴油嘴原始設計噴孔直徑較小，不能將潤滑油快速、高效排出，導致系統工作壓力增大，降低內部齒輪潤滑效果。本次技改將減速箱上部噴油嘴更換為較大噴口直徑的噴油嘴，由原來的1/4pz4760QZ2 更換為1/4pz5960QZ2，加大潤滑油排量，減少流動阻力，從而對齒輪配合部位起到更好的潤滑作用[2]。

其中，1/4pz5960QZ2 噴嘴直徑為2.5 mm，1/4pz4760QZ2 噴嘴直徑為2.3 mm，較之前噴嘴總面積增大18.46%。

系統油嘴更換前后單個噴嘴流量可用下面公式近似計算：

式中 c——對于確定的系統及溫度，可視為常數

A——噴嘴截面積，m2

ΔP——壓差，MPa

ρ——油液密度，kg/m3

由式（7）可知，更換噴嘴后流量可增大35%左右。綜上所述，管路壓力損失減小后可增大噴頭壓力ΔP，從而增大流量Q。

（4）在增強噴油能力進而降低壓力的同時，系統安全閥也更換為更大排量的型號，從而在初始油溫較低階段保障系統壓力不會過高。

安全閥要發揮其對所保護液壓系統的防超壓安全泄放作用，必須同時滿足以下條件：一是安全閥動作及時可靠，二是排量必須足夠大。如果所選安全閥的排量過小，小于需求值，即使安全閥準確動作并及時排放，液壓系統內壓力將依然上升，直至發生超壓破壞[3]。由于潤滑系統原始設計安全閥排量較小，不能將潤滑油高效快速排出，無法達到降低系統壓力的作用。本次技改對安全閥進行了更換，由原有的AF-E32/0.5 更改為A21H-16C，增大潤滑系統溢流能力，防止潤滑系統油壓過高而造成油路中密封連接處漏油等現象的發生。

通過上述改進，增強了潤滑噴油嘴端的出油能力，有效降低了系統啟動初期油黏度較大階段系統的壓力，保障減速箱的潤滑能夠高效持續運行。

3.2 更換數顯流量繼電器

為準確顯示系統流量，將流油指示器更換為數顯流量繼電器，如圖2 所示，流油指示器額定壓力為0.63 MPa，在稀油潤滑系統運行初期，系統壓力持續過載，可視觀察窗口由于壓力過大爆裂漏油，后將其可視窗口用不銹鋼板代替，流油指示器已不能起到監視油液流動情況的作用。本次改造，將流油指示器更換為數顯流量繼電器，既能準確實時顯示系統流量，還能通過設定相應參數反饋給控制系統，在流量過大或過小時發出報警信號，便于及時發現系統異常情況并進行處理。例如，當系統出現漏油等情況后，流量必然降低，這時就能及時發現。

圖2 流油指示器及數顯流量繼電器

數顯流量繼電器采用NEXON 的帶有智能顯示控制單元的流量傳感器，它采用三線制4～20 mA 電流進行流量信號的輸出，傳送至模擬量輸入模塊，進而進入PLC。以起升減速箱稀油潤滑系統為例，系統流量讀取的程序如圖3 所示。

圖3 起升減速箱強制潤滑系統流量讀取

在程序中，使用0 到27 648 的工程量來代表0～250 L/min的流量信號，工程量0 對應流量0 L/min，工程量27 648 對應流量250 L/min，系統實時讀取的工程量值PIW584 轉化為實際的流量值DB600.DBD792。當系統讀取到的工程量值超出0 到27 648 的范圍時，程序報出故障M179.0，這時數顯流量傳感器已經發生零點漂移或者超載，需要校準或更換。

根據管徑、潤滑油黏性以及使用情況得出，當系統流量低于40 L/min時，減速箱齒輪得不到足夠潤滑，這時系統應發出警報提醒司機，以便對系統流量異常情況進行處理，流量低報警程序如圖4 所示。在卸船機起升、開閉、小車機構均無動作時，系統無論流量大小均不報警；當起升、開閉、小車機構中有一方動作時，系統流量低于40 L/min 超過5 s，系統就會報警，觸發司機室蜂鳴器。這里設置5 s 延時，可以避免因系統流量瞬時過低造成的誤報警。

圖4 起升減速箱強制潤滑系統流量低報警

將系統流量低報警直接顯示在司機室觸摸屏上（圖5），再加上蜂鳴器的鳴響，可以幫助司機快速判斷故障，及時聯系技術員解決強制潤滑系統問題。

圖5 流量低報警監控畫面

4 技改效果

經過一年多的實際使用，現基本滿足了系統的使用要求，系統流量穩定在60～90 L/min，系統壓力保持在0.4 MPa 左右，滿足了各零部件的設計能力，損壞頻率明顯降低，系統漏油情況顯著減少。數顯流量繼電器接入到控制程序中后，系統漏油，螺桿泵異常等原因引起的流量變小都能及時發現，及時處理和改進。本次改造使得卸船機起升開閉減速箱稀油潤滑系統在冬季運行過程中故障次數和故障臺時明顯減少，卸船效率顯著提高，而且潤滑效果的改進可以大幅度延長減速機的使用壽命，減少潤滑系統的維修頻率，減少相關備件的使用量。