Q1－3型牽引機(jī)液壓系統(tǒng)故障分析

陳 震

(遼寧省送變電工程公司，遼寧 沈陽(yáng) 110021)

目前，國(guó)內(nèi)外廣泛采用張力架線作為高壓架空輸電線路建設(shè)的施工方法，張力架線的主要機(jī)械設(shè)備為牽引機(jī)和張力機(jī)，具有機(jī)械牽引放線和人工放線不可比擬的優(yōu)越性［1－2］。Q1－3型牽引機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)良好，但液壓系統(tǒng)存在一定的不足和安全隱患，給操作手帶來(lái)很大的壓力。存在的主要故障;牽引機(jī)的停車(chē)位置難以定位，控制手柄放到停車(chē)位置時(shí)常出現(xiàn)前進(jìn)和后退的爬行現(xiàn)象，且無(wú)法更換尾部的鋼絲繩，無(wú)法正常應(yīng)用;存在系統(tǒng)壓力不穩(wěn)定(壓力異常下降和升高)，造成剎車(chē)制動(dòng)器異常發(fā)熱，存在著跑線的安全隱患;液壓油溫度上升過(guò)快，影響正常應(yīng)用;鋼絲繩不能在卷筒上纏緊，存在跑線危險(xiǎn)。

1 工作原理

牽引機(jī)主要由閉式液壓系統(tǒng) (發(fā)動(dòng)機(jī)、主液壓泵、定量液壓電動(dòng)機(jī)組成)、減速機(jī)系統(tǒng)、雙摩擦牽引卷筒、鋼絲繩卷繞機(jī)及輔助系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成［3］。其工作原理是動(dòng)力系統(tǒng)帶動(dòng)變量泵轉(zhuǎn)動(dòng)，向液壓系統(tǒng)輸出壓力液壓油，驅(qū)動(dòng)定量液壓電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，液壓電動(dòng)機(jī)再通過(guò)減速機(jī)構(gòu)帶動(dòng)牽引卷筒進(jìn)行牽引作業(yè)。牽引力的大小同液壓系統(tǒng)液壓電動(dòng)機(jī)進(jìn)出口的壓力差成正比，牽引速度的變化通過(guò)改變液壓變量泵的流量實(shí)現(xiàn)，因此液壓傳動(dòng)能充分滿足無(wú)級(jí)調(diào)整的牽引力和牽引速度［4］。

液壓系統(tǒng)是牽引機(jī)工作的主要系統(tǒng)，一般由動(dòng)力元件 (液壓泵)、執(zhí)行元件 (液壓電動(dòng)機(jī)、油缸)、控制元件 (各種閥)和輔助元件 (油箱、油管、散熱器等)組成［5］，可分為主系統(tǒng)、補(bǔ)油系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)等。主系統(tǒng)利用伺服變量控制機(jī)構(gòu)組成的閉式系統(tǒng)來(lái)控制變量液壓泵流量方向，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)牽引和送線作業(yè)。輔助系統(tǒng)由定量液壓泵和鋼絲繩卷繞電動(dòng)機(jī)、風(fēng)扇液壓電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器等組成開(kāi)式系統(tǒng)，從而使鋼絲繩纏繞在鋼絲繩盤(pán)上、風(fēng)扇液壓電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇為液壓油散熱和關(guān)閉制動(dòng)器。補(bǔ)油泵向系統(tǒng)補(bǔ)充液壓油，防止液壓油被抽空。

2 故障原因分析

a.停車(chē)位置難以定位，導(dǎo)致出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。原變量泵通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)齒輪泵供油，且由外部手動(dòng)換向閥來(lái)改變內(nèi)部活塞的移動(dòng)方向和位置，進(jìn)而控制其流量大小和方向，這種伺服機(jī)構(gòu)由于受齒輪泵流量及壓力、手動(dòng)換向位置和系統(tǒng)沖擊的影響，很難保證控制手柄放到中位時(shí)變量泵沒(méi)有流量發(fā)生;另外制動(dòng)器的開(kāi)啟也靠此機(jī)構(gòu)另一個(gè)手動(dòng)換向閥控制，難以保證同步;二者作用導(dǎo)致變量泵手柄放置中位時(shí)有流量發(fā)生、制動(dòng)位置時(shí)制動(dòng)器有壓力油進(jìn)入 (致使沒(méi)有完全制動(dòng))及鋼絲繩上有一定的牽引力，最終導(dǎo)致?tīng)恳龣C(jī)的停車(chē)位置難以定位，出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)制動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠達(dá)到安全要求，因此排除剎車(chē)制動(dòng)器存在故障問(wèn)題。牽引機(jī)要求停機(jī)、變量泵控制手柄放到中位時(shí)，應(yīng)沒(méi)有流量。而實(shí)際卻有流量，且泵的中位不能和制動(dòng)器同步控制，導(dǎo)致?tīng)恳啿荒芡Ｏ拢霈F(xiàn)爬行現(xiàn)象。

b.系統(tǒng)壓力不穩(wěn)、壓力異常。主要是由伺服機(jī)構(gòu)控制變量泵的啟停、流量的換向和制動(dòng)器不能同步控制的原因造成。控制器制動(dòng)時(shí)，變量泵應(yīng)沒(méi)有流量發(fā)生，但實(shí)際上由于伺服機(jī)構(gòu)的故障，變量泵存在流量，系統(tǒng)壓力升高;當(dāng)變量泵沒(méi)有流量發(fā)生時(shí)，要求控制器立即制動(dòng)，但由于控制制動(dòng)與變量泵流量沒(méi)有同步發(fā)生，導(dǎo)致系統(tǒng)壓力降低，甚至出現(xiàn)跑線。

c.液壓油溫度上升過(guò)快。可能存在3種原因:驅(qū)動(dòng)散熱器葉片的液壓電動(dòng)機(jī)磨損嚴(yán)重、泄漏量大;提供動(dòng)力的液壓泵性能下降、流量不足;管路液壓控制閥形成的流量和壓力不足，導(dǎo)致速度過(guò)慢。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)液壓泵的壓力和流量調(diào)節(jié)正常、散熱器液壓電動(dòng)機(jī)性能正常，可見(jiàn)散熱器風(fēng)扇轉(zhuǎn)速過(guò)慢的原因不是液壓泵、液壓電動(dòng)機(jī)的問(wèn)題，進(jìn)一步檢查管路，發(fā)現(xiàn)一分配閥分配孔特別小，導(dǎo)致流入散熱器液壓電動(dòng)機(jī)的流量受到限制。

d.鋼絲繩不能在卷筒上纏緊。原因?yàn)槲膊繝恳Σ蛔悖箐摻z繩卷線機(jī)構(gòu)速度慢于牽引速度。檢測(cè)發(fā)現(xiàn)卷線機(jī)構(gòu)液壓電動(dòng)機(jī)性能穩(wěn)定，而供給液壓電動(dòng)機(jī)壓力和流量的液壓泵由于磨損嚴(yán)重，壓力和流量都達(dá)不到要求。

3 問(wèn)題解決方案

a.液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改造。

b.選擇合適的液壓元件。

c.傳動(dòng)連接機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)制作和管路改造。

4 解決故障采取的主要措施

4.1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和改造

原機(jī)液壓系統(tǒng)的補(bǔ)油系統(tǒng)與主系統(tǒng)存在安全隱患。主要表現(xiàn):液壓系統(tǒng)受補(bǔ)油系統(tǒng)穩(wěn)定性差的影響很大，且其回路沒(méi)有過(guò)濾器，使得雜質(zhì)易進(jìn)入系統(tǒng)循環(huán)中污染油品，甚至導(dǎo)致液壓件損壞、發(fā)生意外［6－7］;原系統(tǒng)使用外置換向閥機(jī)構(gòu)控制變量泵的流量和方向，中位難找，安全性差，易發(fā)生爬行現(xiàn)象;原系統(tǒng)應(yīng)用外置換向閥機(jī)構(gòu)控制制動(dòng)器的開(kāi)啟，與變量泵的流量發(fā)生難以同步，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。

借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，考慮補(bǔ)油回路、過(guò)濾等因素，制動(dòng)器開(kāi)閉考慮液壓泵與電動(dòng)機(jī)的同步控制，改進(jìn)原有液壓系統(tǒng)，新設(shè)計(jì)閉環(huán)同步控制液壓系統(tǒng)原理圖，確保系統(tǒng)正常穩(wěn)定、迅速停機(jī)、制動(dòng)、不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，解決系統(tǒng)的壓力不穩(wěn)和異常問(wèn)題。

重新設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng):使用內(nèi)置帶補(bǔ)油泵的主變量泵;在回路中加設(shè)過(guò)濾器;控制變量泵方面，設(shè)計(jì)應(yīng)用目前常用的手動(dòng)伺服控制流量的方向，壓力、流量、方向可無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)逐步控制，提高了穩(wěn)定性、安全性;設(shè)計(jì)加工主變量泵及輔助元件連接法蘭，保證傳動(dòng)平穩(wěn)、同軸度良好、保證性能穩(wěn)定。設(shè)計(jì)變量泵流量的發(fā)生或停止與制動(dòng)器制動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉同步控制。

4.2 主變量液壓泵的選擇

改造前的主液壓泵老化現(xiàn)象嚴(yán)重，沒(méi)有補(bǔ)油泵，無(wú)法滿足液壓系統(tǒng)的油量需求，存在著一定的安全隱患 (見(jiàn)圖1)。經(jīng)過(guò)認(rèn)真計(jì)算、調(diào)查，主變量泵選擇了上海液壓件廠生產(chǎn)的液壓泵，該泵帶有內(nèi)置補(bǔ)油泵，可滿足設(shè)計(jì)要求。選購(gòu)合適的變量泵后，下一步要保證變量泵和發(fā)動(dòng)機(jī)可靠、穩(wěn)定傳動(dòng)。圖2為新泵的測(cè)試。原液壓泵和選配的液壓泵性能對(duì)比見(jiàn)表1。

4.3 輔助元件的選購(gòu)

圖1 原主液壓泵

表1 原液壓泵和選配的液壓泵性能對(duì)比表

圖2 對(duì)改造選用的主變量液壓泵進(jìn)行測(cè)試

從性能和價(jià)格等方面綜合比較國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口原件，同時(shí)結(jié)合其它廠家設(shè)備的液壓元件，決定輔助元件選用國(guó)產(chǎn)元件，穩(wěn)定性可達(dá)到要求且成本大大降低。原輔助泵 (見(jiàn)圖3)為雙聯(lián)泵，性能不足，設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)采用單泵即可滿足系統(tǒng)要求，為此更換為長(zhǎng)江液壓件廠產(chǎn)的單聯(lián)泵 (見(jiàn)圖4)，節(jié)省了費(fèi)用，效果明顯。

4.4 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、管路的設(shè)計(jì)安裝

發(fā)動(dòng)機(jī)、主變量泵和輔助液壓元件的連接直接關(guān)系到系統(tǒng)的穩(wěn)定性、平衡性，否則可損壞液壓元件［8］。法蘭的連接要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的審查和計(jì)算，要有一定的抗沖擊能力，在安裝上制作安裝附件時(shí)要保證同軸度等形位公差，確保可靠傳動(dòng)。圖5為原發(fā)動(dòng)機(jī)連接液壓泵及輔助液壓泵的法蘭，圖6為設(shè)計(jì)加工的液壓泵連接發(fā)動(dòng)機(jī)的法蘭。

在散熱器風(fēng)扇轉(zhuǎn)速過(guò)慢問(wèn)題上，重新設(shè)計(jì)分配閥分配孔大小，滿足散熱器液壓電動(dòng)機(jī)的流量要求。

管路安裝時(shí)，涉及到空間的利用問(wèn)題，不但要保證維修方便，還要保證留有一定的調(diào)整空余。

4.5 制動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)安裝

制動(dòng)器是確保作業(yè)安全可靠不可缺少的部件。采用濕式全盤(pán)式制動(dòng)器，具有液壓釋放大、操作簡(jiǎn)單、反應(yīng)快、安全可靠、散熱能力強(qiáng)、磨損小、制動(dòng)平穩(wěn)等特點(diǎn)。

以前的制動(dòng)器不能迅速停車(chē)，在停車(chē)不牽引時(shí)存在爬行現(xiàn)象，根本原因就是單靠一個(gè)換向閥不能完全控制停車(chē)制動(dòng)，圖7為原來(lái)采用的換向閥制動(dòng)，不能保證和變量泵同步控制。在制動(dòng)器的設(shè)計(jì)和調(diào)整方面，把變量泵、鋼絲繩纏繞機(jī)構(gòu)和剎車(chē)系統(tǒng)通過(guò)一個(gè)控制手柄實(shí)現(xiàn)同步控制，圖8為新設(shè)計(jì)的同步制動(dòng)，與牽引速度可達(dá)到同步開(kāi)啟和關(guān)閉(牽引速度可通過(guò)手柄任意調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)液壓變速)，保證了系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

5 應(yīng)用效果

牽引機(jī)主液壓系統(tǒng)改造完成后，經(jīng)調(diào)試，現(xiàn)場(chǎng)使用架線200多km，設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，制動(dòng)良好，故障得已排除。改造前后使用性能對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 牽引機(jī)改造前后使用性能對(duì)比

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)1臺(tái)液壓系統(tǒng)故障頻繁、存在安全隱患、不能使用的老舊牽引機(jī)的成功改造，解決了多年來(lái)一直困擾的問(wèn)題，排除了故障，提高了系統(tǒng)的使用性能和安全性，達(dá)到了應(yīng)用技術(shù)的要求，提高了設(shè)備自動(dòng)化操作水平，收到很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為類(lèi)似故障的排除和性能的提高、改進(jìn)積累了理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

［1］蔣平海，張 力.架線機(jī)械設(shè)備和應(yīng)用［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2004.

［2］周大東，王東燁.超高壓輸電線路參數(shù)變頻測(cè)量技術(shù)的研究和應(yīng)用［J］.東北電力技術(shù)，2012，33(11):31－34.

［3］中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)設(shè)備與維修工程分會(huì).機(jī)械設(shè)備維修問(wèn)答叢書(shū)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

［4］王 政.高壓送電線路張力架線技術(shù)培訓(xùn)教材 ［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2004.

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［6］成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) (單行本):液壓傳動(dòng)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

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