火焰清理液压同步马达故障分析与改进.pdf

Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e Ms ／ No ． 1 1 ． 2 01 3 火焰清理液压同步马达故障分析与改进 李 萌 ． 张龙江 北 京 无极 液压 工程 有 限公 司 ， 北 京 1 0 2 3 0 8 摘要 介绍了火焰清理液压系统工作原理 ， 对生产初期 出现的液压同步马达故障进行了详细分析 ， 找 出了故 障原 因， 对 同步马达进行 了改进 ， 消除了故障 ， 取得 了满意 的效果 。 关键词 火焰清理 ； 液压系统 ； 同步马达 ； 故 障分析 ； 改进 中图分 类号 T H1 3 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 3 1 1 0 0 5 7 0 4 Fa u l t An a l y s i s a n d I m p r o v e m e n t o f Hyd r a u l i c S y n c h r o no u s M o t o r f o r F l a m e Cl e a n i ng L I Me n g， Z HANG L o ， i a n g B e r i n g Wu j i Hy d r a u l i c E n g i n e e r i n g C o ． ，L t d ． ，B e i j i n g 1 0 2 3 0 8 ， C h i n a Ab s t r a c t T h i s a r t i c l e i n t r o d u c e d t h e p r i n c i p l e o f h y d r a u l i c s y s t e m f o r fl a me c l e a n i n g ，e l a b o r a t e d the ma l f u n c t i o n o f h y d r a u l i c s y n c h r o n o u s mo t o r i n i n i t i a l p rod u c t i o n s t a g e ， fou n d o u t t h e f a u l t c a u s e ， i mp rov e d o n t h e s y n c h r o n o u s mo t o r , e l i mi n a t e d t h e ma l f u n c t i o n a n d o b t a i n e d s a t i s f a c t o r y e ffe c t ． Ke y wo r d s fl a me c l e a n i n g ； h y d r a u l i c s y s t e m ； s y n c h r o n o u s mo t o r ； f a u l t a n a l y s i s ； i mp r o v e me n t 0 引言 近几十年来 ．用户对钢铁产 品的表面质量提出了 更高要求 。 清 除有缺 陷钢坯 的表面层 ， 提 高产品质量 ， 增强产 品竞争力 已成为许多钢铁企业 的共识 。火焰清 理就是利用高温火焰的气割和熔 除作用去除钢坯表面 的氧化皮和缺陷， 达到剥皮检验和缺陷精整的 目的。通 过火焰清理可以发现皮下气孔 、夹渣和端面裂纹等缺 陷 ， 能够将裂纹 、 夹渣和凹坑等缺陷快速清除。首钢京 唐 2 1 5 0 mm板坯连铸机离线火焰清理液压 系统是火焰 清理区的关键设备 ． 一旦 出现故 障。 整个清理工作就无 法继续进行 ， 影响企业的生产效率。然而在设备投产初 期就多次 出现液压 同步马达不能正常工作现象 ，因此 尽快找 出故障原 因 。 予以排 除 。 恢复正常生产 ， 成为 当 务之急。 1 火焰清理液压系统工作原理 首钢京唐 2 1 5 0 mm板坯连铸机离线火焰 清理液压 系统主要 由主泵装置 、 循环过滤冷却装置 、 油箱装置和 火焰清理阀台组成 。 主电机功率 9 0 k W， 转 速 1 4 8 0 r ／ mi n ， 起动前电磁溢 流阀得电 ． 实现卸荷起动 。主泵采用 R e x r o t h公司生产 收稿 日期 2 0 1 3 0 4 2 4 作者简介 李萌 1 9 5 9 一 ， 男， 北京人 ， 高级工程师 ， 学士， 主要从事液压系统 设计工作。 的 A 4 V S O 1 8 0 D R⋯恒压变量柱塞泵 ， 二用一备 ． 工作压 力 2 0 MP a 。 循环泵、 冷却器 、 加热器和循环过滤器共同组成了 循环系统 控制液压油 的温度和清洁度。循环泵工作压 力 1 MP a ． 流 量 2 5 0 L ／ mi n 。 循 环 电机 功 率 5 ． 5 k W。 转 速 1 4 4 0 r ／ mi n 。冷却器选用板式冷却器 ， 冷却效果更好 。循 环过滤器选用过滤精度 5 1a m的双筒过滤器 ．提高系统 的清洁度 油箱有效容积 4 0 0 0 L， 设有翻板式液位计 、 温度传 感器、 空气过滤器和棒式磁滤器 。液位 、 温度和压力传 感器均采用模拟量控制 ．通过和可编程逻辑控制技术 P L C相结合 ．可对液压系统实行 自动控制和实时监 控 ． 自动化水平高 待清理 的钢坯被放置在 固定平 台的一侧 ．进行火 焰清理 。 清理完毕后 。 翻转 1 8 0 o ， 放到 固定平 台的另外 一 侧 。 清理钢坯 的背面。图 1 是火焰清理翻坯机传动机 构示意 图。每侧有三个独立 的托臂 ．由液压缸分别驱 动 ． 同步马达控制三个液压缸位置同步。 图 1 火焰清理翻坯机传 动机构示意图 5 7 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 01 3年 第 1 1期 图 2是火焰清理翻坯机液压系统原理图 待有缺 陷钢坯 的一面清理完毕后 ．受坯侧 比例换 向阀 2 ． 1换 向，压力油经平衡 阀 3 ． 1 、同步马达 5 ． 1 、液控单 向阀 7 ． 1 、 7 ． 2和 7 - 3分 别 进入 液 压 缸 8 ． 1 、 8 ． 2和 8 ． 3无 杆 腔 。 活塞杆伸出． 受坯臂绕 固定轴旋转 ． 有杆腔液压油经平 衡阀 4 ． 1 、 比例换 向阀 2 ． 1和单向阀 1回油箱 当受坯机 构旋转 9 3度左右 。 碰到接近开关后 ． 匀减速停止。平衡 阀 4 ． 1 在负负载情况下 ．保持液压缸 8 ． 1 、 8 ． 2和 8 ． 3位 置稳定 翻坯侧 比例换 向阀 2 ． 2换向． 压力油经平衡阀 3 ． 2 、 同步马达 5 ． 2 、 液控单向阀 7 ． 4 、 7 ． 5和 7 ． 6分别进入 液压缸 8 ． 4 、 8 ． 5和 8 ． 6无杆腔 ， 活塞杆伸出， 翻坯臂托住 钢坯绕 固定轴旋转 ， 有杆腔液压油经平衡 阀 4 ． 2 、 比例 换 向阀 2 ． 2和单向阀 1回油箱 当翻坯机构旋转 8 0度 左右 ． 碰到接近开关后 ， 开始匀减速接近受坯臂 ， 待钢 坯夹紧后 ． 受坯侧 比例换向阀 2 ． 1 换 向． 液压缸活塞杆 缩 回．翻坯侧液压缸速度稍快于受坯侧液压缸运动速 度 ． 共同夹持住钢坯 向受坯侧运动 ， 当翻坯机构旋转 9 3 度左右 ， 碰到接 近开关后 ， 匀减速停 止 受坯侧 比例换 向阀 2 ． 1 输入信号变大 ． 液压缸运动速度加快至设定值 时 ， 匀速下降， 接近固定平台时 。 减速下降 ， 减少钢坯对 平 台冲击 ． 液压缸行程终了时 ， 比例换向阀延时失 电， 进行清零 ， 消除累积误差 ． 保证三个液压缸位置 同步 。 翻坯侧 比例换 向阀换 向 ， 活塞杆缩 回， 回到初始位置 ， 准备下一个循环工作 以上分析中的匀加速、 匀减速 和匀速指 的是 比例阀的输入信号变化后 ． 对应运动过 7 i I 一。 黪 踽 7 5 国 口 日 ； T 84 4 I l_ A3 A 4 L A5 B3 A6 A 7 A 8 B4 帚} 帚 } 帚 } i 【 帚 } 帚 } 帚 { r NS N S L 牟捌 L 启 5 2 r _ _ l 1 l l l l l 一 ， 々 AI BI A2 1 3 2 L ● 一 一 M P 一 r 一 3 I B B【 41 3 2 B BI 4 2 - MT 厂 E 皿 正皿} 1 _ ￡ 皿 | I 峨 l l 1 ‘ 毒 2 1 崾 2 2 1 1 一 单向阀2 一 比例换 向阀 3 一 平衡阀4 一 平衡阀 5 一 同步马达 6 一 溢流阀7 一 液控单 向阀8 一 液压缸 图 2火焰清理翻坯机液压 系统原理图 5 8 程 中速 度变 化 的趋 势 ．而 不是 严格 物 理 学上 意义 的匀 加速 、 匀 减速 和匀速 2 液压 同步马达故 障分析 在生产一个月左右 ． 液压 同步马达出现故障． 不能 正常工作 ． 解体后发现马达里面有许多铜屑 ． 一个配油 盘严重磨损 ， 另外两个有许多划痕。 发生这种故障的原因可能有以下方面 ①液压油 受到污染；②工作压力超出同步马达允许工作压力范 围； ③每联流量超出同步马达允许流量范围； ④每联功 率超出同步马达允许功率范围； ⑤液压系统温度异常； ⑥ 同步马达泄油腔排空 ，同步马达的轴和轴承在无油 或少油状态下 ， 造成干磨 ； ⑦ 同步马达补油不足 ， 造成 吸空 ． 发生 空蚀 对照以上情况分析如下①液压油受到污染的可 能性存在 虽然本系统在每台主泵 出口装有过滤精度 5 t x m的压油滤油器 ．回油管路装有过滤精度 1 0 tx m 回 油过滤器 ． 循环部分装有过滤精度 5 1,z m的循环滤油器 ． 油箱上装有棒式磁滤器对液压油进 行充分 的过滤 ． 在 正常情况下 ．能够保证液压油 的清洁度。但在生产初 期 ．管路焊缝处 的焊渣受到液压冲击有可能被液压油 带入同步马达， 造成配油盘严重磨损。 ②工作压力超出 同步马达允许工作压力范 围的情况不存在 本系统液 压同步马达采用 J E O N F F公 司生产的 F MR一 3 K B型 3 联径向柱塞同步马达 ，技术参数如下 连续工作压力 2 4 MP a 。 峰值压力 3 2 MP a 。 每联连续工作流量 1 2 5 L ／ r n i n ． 峰值流量 1 6 0 L ／ m i n ． 每联最大功率 4 0 k W。而系统恒压 变 量 泵 工 作 压 力 2 0 MP a ． 电 磁 溢 流 阀 设 定 压 力 2 2 M P a ， 没有超出同步马达允许压力范围。③流量超出同 步马达允许流量范围的可能性存在 ． 但不大 液压缸在 工作过程 中． 角度不断变化 ， 负载压力 随之变化 ， 在 比 例换向阀开 口一定的情况下 ．通过 比例换 向阀的流量 也会发生变化 ． 而系统流量最大为 4 6 0 L ／ mi n 。 超过同步 马达每联连续工作流量 1 2 5 L ／ mi n ．但小于每联峰值流 量 1 6 0 L ／ m i n 。④每联功率超 出同步马达允许功率范围 的可能性存在 ； 在 2 0 MP a工作压力下 ， 当每联连续工作 流量超过 1 2 0 L ／ m i n ， 就会超出每联最大功率 4 0 k W。⑤ 液压系统温度异常不存在 温度传感器根据设定值 自 动控制加热器和冷却器的启停 ，使温度维持在正常值 范围内。⑥ 同步马达泄油腔排空的情况不存在 ； 在火焰 清理液压阀台结构设计时．已采取将泄漏油管向上弯 到同步马达上表面 以上一定高度的措施 ．避免同步马 达泄油腔排空情况的发生。 ⑦同步马达补油不足， 造成 吸空 ． 发生空蚀 的情况 ， 有可能存在 。同步马达要求 系 Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e a l s ／ No ． 1 1 ． 2 0 1 3 统回油压力为 3 - 5 b a r 。 本系统回油流量 大 ， 采用北京宏 运公 司生产的 6 2 F 一 3 1 0单 向阀作为背压阀 ．回油压 力 3 b a r ．有点偏小 想选 5 b a r的，但标准设计最大为 3 b a r ． 但在火焰清理液压阀台结构设计时 ， 已采取将 同 步马达的两个补油 口都接到 回油管路上 。 并架高 。 以增 大 回油背压 正常情况下 。 只接一个补油 口 ， 且油箱和 阀台安装在一个平面上 3 液压 系统改进 根 据 以上 分 析 ．准 备 采 取 以下 措施 消 除 同步 马达 故障 ①在比例换 向阀2下 ， 叠加一个 Z D C 2 5 P 一 2 X ／ M进 E I 压力补偿器 ．保持 比例换 向阀进 出E l 压差为 1 MP a ． 不受外界负载变化影响 ．通过 比例换 向阀 2的流量只 和阀开 E l 大小有关 ． 便于精确控制 ． 使通过每联 同步马 达的最 大流量控制在设计值 1 0 6 ／ mi n ． 在控制住流量的 同时 ． 也就控制住了每联 同步马达 的最大功率 系统工 作压力为 2 0 MP a 。排除超出每联同步马达的流量和功 率允许范围情况的发生；②向北京宏运公司特殊定购 5 b a r 背压的单向阀 ． 替换 3 b a r 单 向阀 1 ， 使得 回油背压 符合样本要求 ， 避免同步马达补油不 足 ， 造成 吸空 ， 发 生空蚀情况 就在准备期间 ．刚更换 的液压同步马达又不能正 常工作了 ． 解体后发现马达里面有许多铜屑 ． 一个配油 盘严重磨损 ．另外两个有许多划痕 ．和上次 的情况一 样 ．时间也是一个月左右 ．只不过配油盘的位置不一 样 。这 就 排 除 了液 压管 路 中 ， 铁 屑 进入 配 油 盘 的可 能 ， 而是系统问题 。赶紧将压力补偿器和单向阀 ，运到现 场 ． 安装到系统上 。本 以为这样系统应该就能正常工作 了 。 不幸 的是 5 O多天后 。 又发生了同样的问题。说 明以 上采取的措施 ． 没有从根本上解决问题 。 只是延缓了问 题 发生 的 时间而 已 4 液压 同步马达故 障再分析 与改进 三个损坏的同步马达都是受坯侧 的．说明同步马 达的损坏 和它的受力情况有很大关系。翻坯侧 的液压 缸在上升 的过程 中． 如果只有两个翻坯臂接触到钢坯 。 另外一个翻坯臂没有接触到钢坯的话 ．那么这一联马 达 的后腔压力就会很低 ． 由于同步马达的增压作用 ， 另 外两联 马达 的后腔压力就会增大 输入 同步马达和输 出同步马达的功率相等 ， 相应的溢流阀 马达 自带 就 会溢流 ， 输出流量减少 。 液压缸变慢 ， 从 而使三个液压 缸保持 同步 ； 缩 回时三个臂相对独立 ， 负载既轻且几乎 相等 。 同步误差小 ， 在最低位 清零 使三个液压缸都运 动到行程终 了 时， 行程相差不大 ， 补油量少 ， 不会造成 吸空 ． 发生空蚀 即使有时间短 ， 吸空产生的气泡少 ， 空 蚀破坏作用有限 ．因此翻坯侧 同步马达能够工作 正 常 。虽然受坯侧液压缸在上升的过程中， 没有问题 ， 但 在下降时 ． 受 到重达 2 0多吨钢坯 的负负载 ， 一旦出现 两个臂托住钢坯 ．而另外一个没有接触到钢坯的不同 步情况 ， 不但 不能 自行纠正 ， 反而会 因为偏载 ， 使同步 误差加大， 液压缸行程为 1 5 0 0 mm， 绝对误差值增大 ， 在 最低位 清零 使三个液压缸都运动到行程终了 时 。 行 程相 差 大 ． 补 油量 大 ， 造 成 吸空 。 发 生 空蚀 。 而 空 蚀 的破 坏作用非常大。有研究表明空蚀 的破坏作用 ， 主要有以 下几个方面①气泡在高压区溃灭时所形成的 “ 冲击 波” 和“ 微射流” 会对过流部件造成强大 的脉动压强而 引起机械破坏作用；②空蚀会使金属材料的电位发生 负移 ．空蚀坑会与周围区域之间形成强烈的电化学不 均匀性 ， 导致电偶腐蚀； ③空泡中含有的非凝结性气体 在空泡溃灭瞬间具有非常高的温度 ．如果热气接触到 金属表面 。 会使材料熔融 。 并 导致其强度急剧下降 。 最 终发生破坏 综合 以上分析 ． 认为 同步马达 自带 的补油单 向阀 ． 在 负负载 的工况下 ， 通径偏小 ， 补油流量不够 ， 造成吸 空， 发生空蚀 ， 致使 同步马达损坏 ， 不能满足生产需要 ， 必 须更 换 R e x r o t h公司生产 的 M S R 2 0 K E 0 5 1插装单 向阀 ． 在 3 ． 6 b a r 压差下 ． 过油能力达 2 0 0 L ／ mi n ． 完全能够满足 同步马达的补油需要 使用 M S R 2 0 K E 0 5 1 X插装单 向阀替换 同步马达 自带 的单向阀．溢流阀还使用原来 同步马达 自带 的溢流阀。 自制 同步马达的补油、 溢流阀 块 ， 替换同步马达原装的补油 、 溢流阀块 。把损坏的两 个同步马达中较好的配油盘挑选出来 。 重新研磨后 ． 组 装成一个新的同步马达 ． 发往首钢京唐生产现场 ． 调试 后立即投入生产 。改造后的同步马达使用至今 ． 没有再 发生损坏现象 5结 束 语 柱塞式液压 同步马达 由于同步精度高 ．在液压 同 步 回路中的应用还是 比较 多的．按照厂家样本要求使 用 ， 在正负载情况 下 ， 一般没有问题 。但在负 负载 、 长 行程情况下使用时 ，由于偏 载同步误差进一 步加大 ． 在行 程末端采取补油清零 溢流清零没有问题 时 ， 一 定要咨询生产厂家 ．同步马达 的补油能力 此数据样 本上 没有 ．避免吸空现象产生 的空蚀作用对 同步马 达造成破坏。此次改进为火焰清理液压系统 的稳定运 行提供 了有力 的保证 ， 投资少 。 见效快 ， 取得 了令人满 意效果 5 9 液 压 气 动 与 密 封／ 2 0 1 3年 第1 1期 一 例林德液压泵零点偏移的解决案例 翟 磊 1 , 2 1 ． 郑州新大方重工科技有限公司， 河南 郑州4 5 0 0 0 5 ； 2 ． 华北水利水电大学 ， 河南 郑州4 5 0 0 0 5 摘要 简单介绍液压平板车驱动原理 ， 对现场发生的液压泵零点偏移原因进行分析 ， 找到解决 问题 的办法 。 关键词 板车 零点偏移 中图分类号 T H1 3 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 3 1 1 - 0 0 6 0 0 2 Th e S o l u t i o n o f Li n d e Hy d r a u l i c P ump Ze r o Ot i e t ZHAI Le i 0 1 ． Z h e n g z h o u N e w D a F a n g H e a v y I n d u s t r y S c i e n c e ＆ T e c h n o l o g y C o ． ， L t d ． ，Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 5 ， C h i n a ； 2 ． No a h Ch i n a Un i v e r s i t y o f Wa t e r Re s o u r c e s a n d El e c t r i c P o w e r ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 5， C h i n a Ab s t r a c t Th i s p a p e r s i mp l y i n t r o d u c e s t h e p rin c i p l e o f h y d r a u l i c p l a t f o r m v e h i c l e d ri v e t o t h e s c e n e o f h y d r a u l i c p u mp z e r o o f f s e t c a u s e s we r e a n a l y z e d ， a n d fi n d a s o l u t i o n t o t h e p r o b l e m． Ke y wor d s p l a tfo rm v e hi c l e； z e r o o f f s e t O 引 舌 液压平板车的液压驱动为闭式系统 ．由液压泵直 接驱动液压马达行走 ， 中间无控制 阀． 整个 系统简单可 靠 。驱动系统采用 的液压泵和马达均为电比例控制变 量 ， 通过控制变量泵和马达的斜盘摆角来改变排量 ． 以 获得所需的车速 1 故障现象 近 日操作人员在施工现场发现 启动发动机后 ， 车 辆的驻车制动系统没有解除 ．且没有选择前进或后退 的操作手柄 ． 驱动系统压力异常 ． 驱动 P口的压力能达 到 4 0 0 b a r ，此压力值即液压泵的高压溢流阀的设定值 。 在解除驻车制动后 ， 不选择前进手柄 ． 车辆会 出现爬行 现象 ． 且驱动 P口压力值在 2 0 0 b a r 左右 ． 此压力值与正 收稿 日期 2 0 1 3 0 4 0 2 作者简介 1 9 8 3 一 ， 男 ， 河南济源人 ， 工程师， 在读硕士， 研究方 向 特种 车辆设计。 参 考 文 献 [ 1 】 支 良才． 钢坯的人工火焰清理方法[ J ] ． 河南科技， 2 0 1 1 ， 4 5 1 ． [ 2 】 胡增荣． 液压系统故 障分析及 处理[ J ] ． 液压 气动与密封， 2 0 1 1 ， 8 6 - 8 ． 【 3 】 王军， 宋正 臣． 装 载机工作液 压系统故 障分 析与排 除[ J ] ． 液压 气动与密封， 2 0 1 1 ， 4 4 3 4 6 ． [ 4 ] 李壮云， 葛宜元 ． 液压元 件与 系统 [ M】 ． 北京 机械工业 出版社， 6 r 常驱动车辆行走的压力值相差无几 2 原 因分析 2 ． 1 零点 偏移 介绍 在 闭式 液 压 系统 中 ， 液压 泵 由于油 液污 染 、 机 械误 差 、 系统 冲击等因素 ， 在没有接到控制信号 ， 而斜盘 因 为 内部作用力 的关系偏离原始设定点 ．而且与斜盘链 接的机械反馈杆带动伺服控制阀芯运动后不能将斜盘 调节回至设定位置点的时候 ． 液压泵就会有排量输 出。 即当发动机启动后 ． 不给控制信号的情况下 ． 液压泵的 两个高压油 E l P或 S存在有高于补油泵 的压力 ．使液 压马达有运转 的趋势 ． 此 即液压泵的零点偏移 液压泵 的零点一般包括液压零点和电气零点 由于零点偏移 会造成各种元件失控 。 出现误动作 ． 特别在有较高精密 度要求 的系统 中．将对线路施工作业质量带来极大影 响 ． 因此必须重视此类故障。 2 ． 2林德 泵变 量过 程 经现场了解 ．该车辆采用 的是林德 H P V系列闭式 l 9 99． 【 5 】 官忠范． 液压传动系统【 M] ． 北 京 机械工业 出版社 ， 1 9 9 6 ． 【 6 】 路 甬祥， 胡 大工． 电液 比例 控制技 术[ M] ． 北 京 机 械工业 出版 社 ． 1 9 8 8 ． 【 7 】 R e x r o t h ． 工业应用液压元件【 Z ] ． 北京 R e x mt h ， 2 0 1 0 ． [ 8 】 路 甬祥． 液压气动技术手册【 M ] ． 北京 机械工业 出版社， 2 0 0 2 ． [ 9 】 偶 国富， 等． 空蚀机理 的研究综 述[ J ] ． 液压与气动， 2 0 1 2 ， 4 ．