卸船機起升開閉減速箱稀油潤滑系統(tǒng)改造

王杰

（滄州黃驊港礦石港務(wù)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(gòu)傳動形式，抓斗的不同動作均由機器房內(nèi)差動機構(gòu)實現(xiàn)。四卷筒機械差動機構(gòu)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(guān)制動器按一定規(guī)律配合實現(xiàn)。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(guān)鍵的部件之一。因此，要實現(xiàn)卸船機的正常高效運轉(zhuǎn)，減速機日常維護保養(yǎng)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(tài)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(nèi)齒輪的轉(zhuǎn)動形成的飛濺潤滑無法滿足箱內(nèi)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(tǒng)各配有一套外置稀油潤滑系統(tǒng)，2 臺螺桿液壓泵（1 臺為主動泵，1 臺為備用泵）通過系統(tǒng)油路從減速箱下部油池中吸取潤滑油，加壓后通過相應(yīng)管路及控制系統(tǒng)輸出到減速箱頂部的噴射油嘴將潤滑油噴灑到箱體內(nèi)部的各個轉(zhuǎn)動摩擦副上形成油膜以減少相應(yīng)轉(zhuǎn)動部位的磨損，延長減速箱的使用壽命。

稀油潤滑系統(tǒng)在冬季運行過程中問題不斷，壓力、流量等各項指標(biāo)參數(shù)均不符合相應(yīng)設(shè)計參數(shù)，且由于運行壓力超過設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，壓力表等各種輔助部件時常出現(xiàn)問題，且漏油情況時有發(fā)生，導(dǎo)致停機維修，大大降低了卸載效率，對稀油潤滑系統(tǒng)進行技術(shù)改進勢在必行。

2 存在問題

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

稀油潤滑系統(tǒng)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(dāng)輸出系統(tǒng)壓力過低時，備用泵啟動，保障系統(tǒng)正常工作）。輸出的油液通過雙筒過濾器，再經(jīng)過2 個數(shù)顯溫度繼電器（1 個控制冷卻風(fēng)機的啟停，當(dāng)溫度高于60 ℃時冷卻風(fēng)機啟動，溫度低于50 ℃時冷卻風(fēng)機停止；1 個提供溫度報警信號，當(dāng)溫度高于80 ℃時高溫報警，溫度低于30 ℃時低溫報警）。1 個數(shù)顯壓力繼電器（控制備用泵的啟停，當(dāng)管路壓力小于0.15 MPa 時備用泵啟動，當(dāng)管路壓力大于0.2 MPa 時備用泵停止，當(dāng)管路壓力小于0.1 MPa 時低壓報警）。到達(dá)風(fēng)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(nèi)零部件。其中，安全閥和膠管總成為溢流回路，當(dāng)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(tǒng)原理

2.2 系統(tǒng)主要問題

（1）由于冬季機器房內(nèi)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(tǒng)在冬季作業(yè)初期油溫較低的一段時間內(nèi)，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(dǎo)致系統(tǒng)壓力增大，螺桿泵負(fù)載增大，出現(xiàn)螺桿泵電源空開頻繁跳閘的情況，嚴(yán)重影響作業(yè)效率；同時，安全閥排量較小，不能對系統(tǒng)潤滑油快速有效排出，起不到降低系統(tǒng)壓力的作用。

（2）稀油潤滑系統(tǒng)不能對管路潤滑油流量進行準(zhǔn)確顯示，原稀油潤滑系統(tǒng)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(tǒng)流量是否異常，是否能有效對減速箱內(nèi)齒輪進行潤滑。

3 技術(shù)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(tǒng)進行了如下改進（所有計算均假設(shè)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(fēng)冷卻器處增加旁路，使之在冬季油溫較低無需啟動風(fēng)冷的條件下，通過旁路風(fēng)冷卻器，降低油液通過風(fēng)冷卻器的壓力損失，加大系統(tǒng)末端噴嘴處的壓力，增大噴油流量。經(jīng)現(xiàn)場實際測定，在40 ℃時，打開旁路后系統(tǒng)測定壓力減小0.04 MPa，即風(fēng)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(dá)式[1]為：

原管路d=38 mm，l=4000 mm，根據(jù)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(jù)式（1），其沿程壓力損失為：

根據(jù)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(shè)計噴孔直徑較小，不能將潤滑油快速、高效排出，導(dǎo)致系統(tǒng)工作壓力增大，降低內(nèi)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(tǒng)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(tǒng)及溫度，可視為常數(shù)

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(tǒng)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(tǒng)壓力不會過高。

安全閥要發(fā)揮其對所保護液壓系統(tǒng)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(zhǔn)確動作并及時排放，液壓系統(tǒng)內(nèi)壓力將依然上升，直至發(fā)生超壓破壞[3]。由于潤滑系統(tǒng)原始設(shè)計安全閥排量較小，不能將潤滑油高效快速排出，無法達(dá)到降低系統(tǒng)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(tǒng)溢流能力，防止?jié)櫥到y(tǒng)油壓過高而造成油路中密封連接處漏油等現(xiàn)象的發(fā)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(tǒng)啟動初期油黏度較大階段系統(tǒng)的壓力，保障減速箱的潤滑能夠高效持續(xù)運行。

3.2 更換數(shù)顯流量繼電器

為準(zhǔn)確顯示系統(tǒng)流量，將流油指示器更換為數(shù)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(tǒng)運行初期，系統(tǒng)壓力持續(xù)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(jiān)視油液流動情況的作用。本次改造，將流油指示器更換為數(shù)顯流量繼電器，既能準(zhǔn)確實時顯示系統(tǒng)流量，還能通過設(shè)定相應(yīng)參數(shù)反饋給控制系統(tǒng)，在流量過大或過小時發(fā)出報警信號，便于及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)異常情況并進行處理。例如，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)漏油等情況后，流量必然降低，這時就能及時發(fā)現(xiàn)。

圖2 流油指示器及數(shù)顯流量繼電器

數(shù)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(tǒng)為例，系統(tǒng)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(tǒng)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(yīng)流量0 L/min，工程量27 648 對應(yīng)流量250 L/min，系統(tǒng)實時讀取的工程量值PIW584 轉(zhuǎn)化為實際的流量值DB600.DBD792。當(dāng)系統(tǒng)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(shù)顯流量傳感器已經(jīng)發(fā)生零點漂移或者超載，需要校準(zhǔn)或更換。

根據(jù)管徑、潤滑油黏性以及使用情況得出，當(dāng)系統(tǒng)流量低于40 L/min時，減速箱齒輪得不到足夠潤滑，這時系統(tǒng)應(yīng)發(fā)出警報提醒司機，以便對系統(tǒng)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(gòu)均無動作時，系統(tǒng)無論流量大小均不報警；當(dāng)起升、開閉、小車機構(gòu)中有一方動作時，系統(tǒng)流量低于40 L/min 超過5 s，系統(tǒng)就會報警，觸發(fā)司機室蜂鳴器。這里設(shè)置5 s 延時，可以避免因系統(tǒng)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(tǒng)流量低報警

將系統(tǒng)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(lián)系技術(shù)員解決強制潤滑系統(tǒng)問題。

圖5 流量低報警監(jiān)控畫面

4 技改效果

經(jīng)過一年多的實際使用，現(xiàn)基本滿足了系統(tǒng)的使用要求，系統(tǒng)流量穩(wěn)定在60～90 L/min，系統(tǒng)壓力保持在0.4 MPa 左右，滿足了各零部件的設(shè)計能力，損壞頻率明顯降低，系統(tǒng)漏油情況顯著減少。數(shù)顯流量繼電器接入到控制程序中后，系統(tǒng)漏油，螺桿泵異常等原因引起的流量變小都能及時發(fā)現(xiàn)，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(tǒng)在冬季運行過程中故障次數(shù)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(tǒng)的維修頻率，減少相關(guān)備件的使用量。