6000kN水壓機(jī)的改造

蔡 宏 胡 俊 朱曉冬（中車(chē)大連機(jī)車(chē)車(chē)輛有限公司，遼寧 大連 116021）

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6000kN水壓機(jī)的改造

蔡 宏 胡 俊 朱曉冬
（中車(chē)大連機(jī)車(chē)車(chē)輛有限公司，遼寧 大連 116021）

摘 要：對(duì)公司6000kN水壓機(jī)進(jìn)行改造，采用了現(xiàn)代傳動(dòng)和控制技術(shù)以及現(xiàn)代分析方法，使其功能和特性達(dá)到現(xiàn)代同類設(shè)備技術(shù)水平，并在減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高設(shè)備的維修性、可靠性、安全性，減少故障率，提高生產(chǎn)效能等方面體現(xiàn)出特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：水壓機(jī)；油壓機(jī)；液壓系統(tǒng)

6000kN水壓機(jī)為三梁四柱式，主要用于各種機(jī)車(chē)的構(gòu)架、側(cè)架、變壓器箱等板材成型，現(xiàn)已使用了28年。設(shè)備不僅存在結(jié)構(gòu)陳舊、故障率高等問(wèn)題，而且由于設(shè)備采用水作為動(dòng)力的介質(zhì)，使全套設(shè)備占地面積大，能耗高，管路復(fù)雜，維修、維護(hù)困難，且動(dòng)力系統(tǒng)配件采購(gòu)困難，特別是采用的充液貯罐屬于壓力容器，國(guó)家規(guī)定壓力容器必須每年進(jìn)行檢測(cè)、檢驗(yàn)，使用成本較高，需要進(jìn)行合理改造。

一、水壓機(jī)存在的問(wèn)題

1.機(jī)械部分

（1）下橫梁上平面、活動(dòng)橫梁下平面、工作臺(tái)上下平面長(zhǎng)期使用磨損較嚴(yán)重，精度喪失。

（2）4根立柱、導(dǎo)向銅套長(zhǎng)期使用表面拉傷、磨損嚴(yán)重。

（3）移動(dòng)臺(tái)柱塞液壓缸使用頻率高，密封件嚴(yán)重老化。

2.電氣控制系統(tǒng)部分

（1）配電柜及電氣元件、電纜線長(zhǎng)期使用老化嚴(yán)重，安全隱患較大。

（2）水泵電機(jī)、所用電氣元器件基本淘汰，控制方式落后，故障點(diǎn)難以查找。

二、改造方案

為了控制改造成本和改造周期，改造方案中保留水壓機(jī)的主體，包括上、下橫梁，活動(dòng)橫梁，3個(gè)主液壓缸，2個(gè)提升缸及活動(dòng)工作臺(tái)。主要改造措施包括將工作介質(zhì)由水改為油，即將水壓機(jī)改為油壓機(jī)，降低能源消耗。機(jī)械方面的問(wèn)題，如工作缸、提升缸、立柱、立柱導(dǎo)套、活動(dòng)橫梁等進(jìn)行修理，達(dá)到要求的精度。對(duì)液壓、電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)制造。控制方面采用PLC可編程控制，配備觸摸屏，實(shí)現(xiàn)油壓機(jī)傳動(dòng)的自動(dòng)化控制，提高設(shè)備整體技術(shù)性能和自動(dòng)化程度，提高產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)效率，降低生產(chǎn)成本的改造目的。改造后的設(shè)備與現(xiàn)在生產(chǎn)線上的同類設(shè)備在一個(gè)技術(shù)水平上，達(dá)到減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度、提高設(shè)備的維修性、可靠性、安全性，減少故障率，提高生產(chǎn)效能的目的。

三、液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本次改造的重點(diǎn)是液壓系統(tǒng)，液壓機(jī)改造后要滿足機(jī)械性能指標(biāo)，主要取決于液壓系統(tǒng)的性能。另外，液壓機(jī)的控制系統(tǒng)和安全保護(hù)裝置功能的實(shí)現(xiàn)也要與新設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)相匹配。

1.主要技術(shù)參數(shù)

壓力機(jī)公稱壓力為6000kN，單個(gè)主液壓缸壓力為2000kN（共3個(gè)缸），液體最大工作壓力為20MPa，油箱容積為：2.2m3，活動(dòng)橫梁最大行程為1200mm，空程下行快進(jìn)速度90mm/s，工作行程速度5mm/s，回程速度90mm/s。主缸直徑為360mm，提升缸直徑為170mm。

2.液壓系統(tǒng)原理圖

液壓系統(tǒng)采用二通插裝閥集成塊，其特點(diǎn)是響應(yīng)速度快、通油能力大、流阻小等，同時(shí)工作可靠、便于維護(hù)修理。液壓系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

圖1　液壓系統(tǒng)原理圖

3.液壓系統(tǒng)控制分析

（1）快速下行。

當(dāng)YV1、YV2、YV3、YV6得電時(shí)，兩泵同時(shí)向中間液壓缸注油（排量320L/min），推動(dòng)上工作臺(tái)、3個(gè)柱塞缸和滑塊快速下行，充液閥自動(dòng)向中間液壓缸補(bǔ)油，兩側(cè)兩個(gè)液壓缸內(nèi)形成負(fù)壓，充液閥自動(dòng)打開(kāi)向兩側(cè)兩個(gè)液壓缸內(nèi)注油。當(dāng)YV5得電時(shí)，兩側(cè)提升缸內(nèi)油經(jīng)閥F3和F10流入油箱，調(diào)節(jié)閥F3可控制回油量大小，控制下降速度90mm/s。

（2）慢速下行。

當(dāng)YV2、YV10、YV5、YV6得電時(shí)，一泵向中間工作缸注油，充液閥關(guān)閉不能向液壓缸注油，因?yàn)樘嵘椎幕赜褪艿介y11控制上滑塊須靠中間液壓缸有一定的壓力才能下行，滑塊下行速度完全靠進(jìn)油量大小來(lái)控制而定。

（3）微動(dòng)下行。

當(dāng)YV2、YV10、YV5、YV6、YV8得電，3個(gè)工作缸同時(shí)進(jìn)油，系統(tǒng)的2個(gè)充液閥不能自動(dòng)打開(kāi)，活動(dòng)橫梁全由進(jìn)油量得大小來(lái)控制下行。

（4）工進(jìn)機(jī)床工作壓力。

當(dāng)YV1、YV2、YV5、YV6得電時(shí)，中間工作缸單獨(dú)工作時(shí)，機(jī)床工作壓力2000kN，YV8得電3個(gè)液壓缸工作時(shí)，機(jī)床工作壓力為6000kN。

（5）回程。

YV9得電實(shí)現(xiàn)壓力預(yù)卸，YV4、YV7得電，兩側(cè)提升缸進(jìn)油，充液閥打開(kāi)主液壓缸回油箱。

4.液壓泵和電機(jī)的選擇

為了使系統(tǒng)壓力達(dá)到20MPa的工作壓力，工況快進(jìn)時(shí)所需的流量最大，由公式結(jié)合工作性質(zhì)，選用了最大壓力為31.5MPa的160YCY14-1B壓力補(bǔ)償變量柱塞泵，排量160ml/r；額定轉(zhuǎn)速1000r/min；容積效率92%，其流量160L/min，兩泵同時(shí)工作時(shí)流量320L/min。而工作缸實(shí)際需要的流量最大為，由此知雙泵供油嚴(yán)重不足，工況快進(jìn)無(wú)法實(shí)現(xiàn)。為了使液壓機(jī)能夠正常快進(jìn)，在液壓系統(tǒng)中設(shè)計(jì)補(bǔ)油油箱。補(bǔ)油箱的尺寸為600mm×2600mm×1100mm。為了節(jié)省空間將補(bǔ)油箱安裝在設(shè)備主體上橫梁上方。工作缸和提升缸是液壓機(jī)的執(zhí)行件。各自工況的工進(jìn)、快進(jìn)、回程速度不同，工作缸和提升缸所消耗的功率不同。電動(dòng)機(jī)額定功率由消耗最大的工況的功率來(lái)計(jì)算，比較主工作缸、提升缸各工況所需功率，主工作缸工進(jìn)時(shí)的功率最大，最大功率為35kW。由于液壓泵通常在空載下啟動(dòng)，對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求不是很高，負(fù)載變化不大，啟動(dòng)頻率低，本設(shè)計(jì)采用三相異步電動(dòng)機(jī)，同時(shí)Y系列電動(dòng)機(jī)是國(guó)家頒布的節(jié)能產(chǎn)品。選電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y250M-6，額定功率37kW；轉(zhuǎn)速為980r/min。

另外，本液壓系統(tǒng)配有獨(dú)立的油溫水冷卻裝置和加熱系統(tǒng)。液壓機(jī)一般工作油溫在15～55℃之間。可以自動(dòng)報(bào)警和數(shù)字顯示，油溫超過(guò)45℃時(shí)報(bào)警，超過(guò)60℃時(shí)機(jī)器自動(dòng)停止工作。液壓系統(tǒng)設(shè)有獨(dú)立的過(guò)濾系統(tǒng)，能夠確保工作油液的清潔度，過(guò)濾精度選定10～20μm。

四、設(shè)備的調(diào)試

1.準(zhǔn)備工作

（1）試車(chē)前從空氣濾清器注油口，注入潔凈的NASII級(jí)，YB-N46號(hào)抗磨液壓油，油注滿至油箱上油標(biāo)刻度位置。

（2）按液壓原理動(dòng)作檢查液壓系統(tǒng)各元件手柄位置是否正確。

（3）檢查液壓系統(tǒng)各連接部件，確保各連接件無(wú)松動(dòng)避免出現(xiàn)漏油等現(xiàn)象。無(wú)疑義后啟動(dòng)試車(chē)。

2.設(shè)備試車(chē)

（1）按液壓原理動(dòng)作說(shuō)明，啟動(dòng)電機(jī)后，進(jìn)行空負(fù)載循環(huán)，觀察油箱內(nèi)油是否正常循環(huán)，等空轉(zhuǎn)正常后，再操作相應(yīng)按鈕，使主液壓缸在規(guī)定的行程內(nèi)上下、前后運(yùn)行若干次，各動(dòng)作轉(zhuǎn)換過(guò)程中檢查各電磁鐵及閥的動(dòng)作是否靈活可靠，各密封處、管接頭是否有滲漏。

（2）負(fù)載試車(chē)前在工作臺(tái)上放好承壓的金屬塊，先調(diào)系統(tǒng)工作壓力，調(diào)節(jié)高壓泵電磁溢流閥，漸漸升壓，從5MPa，直到最大工作壓力25MPa，低壓泵溢流閥調(diào)至2.5MPa，在負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，應(yīng)隨時(shí)檢查各管接頭及密封處是否滲漏，若發(fā)現(xiàn)有滲漏，應(yīng)立即停機(jī)檢查，禁止設(shè)備運(yùn)行時(shí)進(jìn)行。

（3）上述動(dòng)作正常無(wú)誤后，按液壓原理動(dòng)作說(shuō)明進(jìn)行動(dòng)作操作，進(jìn)一步檢查液壓及電器，元件工作的靈敏可靠性及平穩(wěn)、無(wú)噪聲，隨后全面的按合格證明書(shū)檢查設(shè)備的質(zhì)量及主要技術(shù)規(guī)格，全部正常后可投入使用。

3.調(diào)試中的問(wèn)題及解決

（1）泵的噪聲、振動(dòng)過(guò)大。

分析原因是液壓系統(tǒng)裝配時(shí)，加注液壓油過(guò)程中未對(duì)泵進(jìn)行排空，導(dǎo)致有空氣被困在泵的工作容積內(nèi)，當(dāng)系統(tǒng)壓力上升時(shí)，空氣的體積變化導(dǎo)致泵不能連續(xù)穩(wěn)定的工作。拆卸泵的出油管接頭進(jìn)行排氣后，泵工作正常。

（2）溫升過(guò)高。

調(diào)試過(guò)程中因?yàn)橐簤合到y(tǒng)的卸荷時(shí)間過(guò)短，導(dǎo)致液壓系統(tǒng)短時(shí)間內(nèi)反復(fù)工作，系統(tǒng)散熱時(shí)間不足。

通過(guò)調(diào)整液壓系統(tǒng)卸荷時(shí)間，使系統(tǒng)溫升達(dá)到要求的范圍。

（3）管件漏油。

調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)管路振動(dòng)大，導(dǎo)致密封件損壞，出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。在振動(dòng)大的管段增加管路固定點(diǎn)，抑制管路振動(dòng)，并更換密封件，問(wèn)題得到解決。

五、結(jié)語(yǔ)

該設(shè)備改造使用近6個(gè)月以來(lái)，出現(xiàn)的故障少；操作使用方便；大大節(jié)省了勞動(dòng)力，提高了生產(chǎn)效率。改造的效果比較好，設(shè)備的主要技術(shù)性能指標(biāo)達(dá)到了預(yù)期的要求。另外本論文的改造案例對(duì)以后老式水壓機(jī)的改造有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

［1］聞邦椿.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五版［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［2］陳明，吳喜福.630t快鍛水壓機(jī)改造［J］.一重技術(shù)，2001，2：24-25.

［3］吳先文.120MN水壓機(jī)技術(shù)改造研究［D］.西南交通大學(xué)，2006.

［4］孔慶寬，林巍，梁士田，王成發(fā).1000噸水壓機(jī)的改造及其設(shè)計(jì)計(jì)算［J］.大連輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，1994，01：13-17.

［5］劉宏宇.1600t自由鍛造水壓機(jī)改造［J］.設(shè)備管理與維修，2009，04：27-29.

［6］孫青云.水壓機(jī)水壓系統(tǒng)的改造［J］.中國(guó)設(shè)備工程，2003，07：20-21.

［7］張利平.液壓閥原理、使用與維護(hù)［M］.2版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

中圖分類號(hào)：TG375

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-0711（2016）03-0062-03

收稿日期：（2016-01-18）