斗輪式取料機臂架下沉故障處理實踐

（唐山工業職業技術學院 自動化工程系，063200，河北唐山）

1 故障現象

某散貨港口續建工程的斗輪式取料機2012 年投入使用，設計額定取料能力為6 500 t/h，瞬時最大取料能力為7 265 t/h，近期當R5-2 取料機下俯角度較大、懸臂皮帶機料流接近6 500 t/h 時，臂架下俯角度會突然增大，臂架下沉，輪斗直接撞擊堆場地面，不僅存在安全隱患，同時對取料機輪斗和堆場地面也有很大損傷。

2 原因分析

R5-2 斗輪式取料機臂架俯仰動作由兩個Φ360/Φ280-3427 液壓油缸提供動力，采用同步回路保障兩個液壓油缸動作的一致性，液壓元件選用力士樂公司產品，俯仰角度通過角度傳感器采集信號并傳輸到PLC 進行控制，并通過限位開關限定。俯仰機構原理如圖1 所示，俯仰液壓系統工作壓力18 MPa，系統工作流量173 L/min，油箱容積1 500 L，恒壓變量柱塞泵壓力設定值15 MPa，柱塞泵電磁溢流閥壓力設定值17 MPa。

圖1 俯仰機構原理圖

經檢查，俯仰機構機械結構、角度檢測裝置及二級限位開關正常，初步判定俯仰液壓系統故障導致臂架下沉。仔細排查俯仰液壓系統并沒有外泄的情況發生，由此推測很可能是液壓系統內泄導致故障的發生。液壓系統工作原理如圖2 所示，通過壓力表對液壓系統測壓點進行壓力測定：在臂架進行下俯動作時測定無桿腔G6 點壓力值達到6 MPa，有桿腔G7 點壓力值達到2 MPa；臂架下俯動作停止，關閉截止閥31.1 和31.2，有桿腔G7 點壓力在25 s 左右內迅速從3 MPa上漲到7 MPa，然后無桿腔G6 和有桿腔G7 點壓力在60 s 左右內由7 MPa 上漲到9.5 MPa，判定油缸內泄。為進一步確認左側油缸內泄或者右側油缸內泄或者兩側油缸均內泄，需要進一步測定壓力，壓力表依舊連接G6、G7 兩個測壓點，臂架下俯角度繼續增大，下俯動作停止后關閉截止閥42.3 與42.4，測定左側油缸43.1壓力值，無桿腔和有桿腔測壓點壓力數值變化情況與之前測定的類似，可以得出左側油缸內泄的結論，并且情況不樂觀；用同樣的方法驗證右側油缸并沒有內泄。之所以取料作業臂架下沉，是因為俯仰液壓系統采用的是同步回路。

圖2 俯仰液壓系統工作原理圖

3 解決方法

為解決取料作業過程中臂架下沉故障，需要更換左側內泄油缸。該油缸重達7 t，安裝高度距地面約為16 m，更換難度大。經反復論證制定安全合理的更換工藝方案，并申請停機時間進行更換。

（1）將臂架放到維修支架上，并在垂直和水平方向上鎖止臂架。

（2）根據取料機主體鋼結構，如圖3 所示，通過力學計算出應拆配重質量Δm。

圖3 取料機主體鋼結構圖

設斗輪重力為G1，臂架長度為L，臂架重力為G2，拉桿受力F1，配重重力G3，油缸受力F2，油缸與支架的夾角為θ，未拆卸配重時，根據取料機主體鋼結構圖列出取料機臂架力矩平衡方程：

摘掉配重Δm 后，俯仰油缸應不受力，即F2為0，而臂架前部的質量無變化，則臂架力矩平衡方程為：

式中：L=50 m；L1=14.5 m；L2=13 m；L3=7.2 m；L4=12.1 m；g 取9.81 N/kg；G1=24 000 kg×g；G2=200 000 kg×g；G3=317 000 kg×g；

根據式（3）（4），計算出Δm≈30 t，需要拆下30 t 配重。

（3）拆卸配重塊。關閉右側油缸的上下截至閥（42.3 和42.4），使用70 t 吊車拆掉6 塊5 t 重的配重塊，使取料機主體鋼結構力矩平衡，防止鋼結構變形。

（4）利用專用工具對需要更換的液壓油缸進行泄壓，完全泄壓并絕對安全后拆除管路、限位開關等附件，仔細保護好接口處，防止被污染。

（5）為提高維修效率，減少停機時間，拆卸左側液壓油缸時直接用氣焊切割油缸銷軸，安裝新油缸時使用新銷軸。液壓油缸下部通過銷軸固定好后，按圖紙裝回管路等附件，通過機側操作模式控制液壓油缸伸縮以便充油排氣，依托手動泵微調液壓油缸缸桿伸出量完成上部銷軸安裝。

（6）更換完左側新油缸后，打開右側油缸的截止閥，需要取料機司機配合檢修，多次重復俯仰動作，將液壓油中的空氣排出，檢修人員注意觀察液位并進行補充，保障液位在規定的范圍內。

（7）將配重塊按原位置裝回，需要取料機司機配合檢修，多次重復俯仰動作，技術人員認真檢查俯仰液壓系統關鍵參數與各項指標，保障俯仰液壓系統無異常。

4 結語

更換左側俯仰油缸后，取料作業過程中臂架下沉故障消除。此故障的分析和排除，對同類設備故障的排除具有一定借鑒意義。