连铸A10VSO140DRS型恒压变量轴向柱塞泵换型改造

供稿|宋鹏卿，王红飞 / SONG Peng-qing, WANG Hong-fei

内容导读

文章对云南昆钢新区炼钢厂2台小方坯连铸机出坯液压系统A10VSO140 DRS型恒压变量轴向柱塞泵频繁损坏进行了原因分析。油泵频繁损坏的主要原因是冷床改造加长后仍沿用原来的液压系统造成的不匹配问题。根据生产实际情况，提出了将A10VSO140DRS型恒压变量轴向柱塞泵换型改造为A4VSO180DR/ 30R-PPB13N00油泵，通过可行性验证后组织实施改造，取得了明显实效。

新区炼钢厂3台连铸机有液压系统30余套。炼钢厂2#和3#小方坯连铸机主液压站和出坯液压站的高压泵都采用力士乐A10VS0140DRS/32R-VPB22U99型恒压变量轴向柱塞高压泵(简称140油泵)。2#连铸机出坯液压站4台，3#小方坯连铸机出坯液压站3台。生产运行中，140油泵经常异响、运行不稳定，翻转冷床油缸执行元件动作缓慢、吃力，负载加大时系统压力难于起升，造成一系列的问题和故障。而且呈现劣化加剧趋势，需频繁维护更换相关设备，给作业人员人身安全和设备安全带来了隐患，给生产组织和铸坯质量带来了较大的影响。截至2015年3月，已经更换了32台次，其中2个主液压站消耗了10台，2个出坯液压站消耗了22台。单油泵备件的消耗(修复)成本就超过42万元，加之相关的一系列故障和问题，每年造成的综合损失远远超过100万元。因此对A10VSO140DRS型恒压变量轴向柱塞泵的损坏原因进行了深入分析，尽快找出解决问题的方法也成为了工作重点。

针对140油泵当前存在的问题，根据文献及实际生产情况，认为造成140油泵频繁损坏问题的可能原因大致为两类：一类原因可能是操作、维护、调节不当；另一类原因可能是匹配性问题，即系统的负载、压力、流量等与实际情况不匹配。

操作、维护、调节不当的影响因素分析

操作、维护、调节不当是造成油泵损坏的常见原因。操作人员没有严格按照规程作业，设备维护人员安装油泵时没有严格按照标准作业，系统压力设定、压力调节不当，油液被污染、油泵有吸空等情况，都会导致油泵磨损严重、发热量大、冲击加大、油泵内泄严重，进而造成其频繁损坏。针对这些情况，逐一检查落实，发现问题及时整改、优化。通过40天的跟踪整改，2台小方坯连铸机主液压站的140油泵的消耗有明显的降低，出坯液压站的140油泵情况虽稍有改善，但不明显。由此操作、维护、调节不当是出坯液压系统140油泵频繁损坏的原因，但不是主要原因。

匹配性问题的影响因素分析

出坯 液压系统高压泵的匹配性验证

出坯液压系统主要控制的是小方坯连铸机翻转冷床的举升和横移动作。小方坯翻转冷床长20.86 m、宽11.4 m，冷床运动部分重52.347 t，铸坯爬满冷床时铸坯重量为194.913 t。加上油脂、冷却水等的重量为0.74 t，运动部分总重力F为2430000.4 N。静摩擦因数fs=0.2，由于冷床喷水冷却铸坯，冷床高低不平，在运动过程中，整个负载也大幅加大，因而其动摩擦因数fd取0.3。该翻转冷床质量大、有加减速变化，其运动惯性在这里忽略[1]。静摩擦力Ffs=486000 N，动摩擦力Ffd=729000 N，负载F1=3645000 N。因为举升油缸在举升的过程中不是垂直向上运动的，所以举升的负载为F2= F1/cos9.5°=3696754 N，即翻转冷床的最大负载为3696754 N。油泵的出口压力Ps=W/A[2]。W为最大负载，A为执行元件的截面积。冷床举升油缸为f250/f180-600，举升时无杆腔的面积A为0.0490625 m2。执行元件的最大压力Ps=W/A=37.72 MPa。

140油泵的最大峰值压力为35 MPa、额定压力为28 MPa[3]，小于执行元件所需的最大压力37.72 MPa，所以140油泵不能满足系统的需要，与系统不匹配，致使140油泵长期处于最大压力值下工作，大幅缩短了油泵的使用寿命。这是造成2台小方坯连铸机出坯液压系统140油泵频繁损坏的主要原因。根据140油泵的动态流量控制曲线[3]可知140油泵的最大负载压力为35 MPa，小于执行元件所需的最大压力。

造成 140油泵不匹配的原因分析

首先是负载增加。原设计冷床的长度是16860 mm×11400 mm，而实际上小方坯的冷床是经过改造的，其长度加长了4 m，为20860 mm。这样不仅冷床自身重量增加了，冷床存放的铸坯数量也增加了，所以冷床负载大幅增加了。

其次是铸坯断面加大。原设计铸坯是用150 mm×150 mm测算的，而实际上生产的是断面为165 mm×165 mm的铸坯。铸坯断面增加，相应的负载再次增加了。

最后，改进后的冷床仍然采用2#小方坯连铸机冷床原出坯液压系统的设计参数，造成部分设计参数不匹配。而且没有预见到翻转冷床会长期处于水泡、水淋状态中。为了保证铸坯温度＜600℃，对冷床上的铸坯进行了直接喷水冷却，造成冷床传动润滑效果变差，冷床横移和举升摩擦阻力大幅增加，加大了系统压力，进一步加大了运动负载，系统稳定性变差，冷床设备劣化快、故障高等。另外，直接水冷造成冷床地基长期积水，地基水平大幅变化，致使冷床设备受力力矩大幅增加，移动阻力大幅增加等。

A1 0VSO140油泵频繁损坏原因

由上可知，冷床改造加长、铸坯断面增大和冷床水冷带来的一系列问题都使系统的负载大幅增加，致使140油泵的性能不能满足实际情况的需要，造成系统不匹配。这是造成140油泵频繁损坏的主要原因。系统的操作、维护、调节不当，致使油液污染、油泵吸空和磨损冲击加大，进而导致油泵发热内泄损伤[2]。这是造成油泵频繁损坏的次要原因。

改造方法

针对140油泵频繁损坏的主要原因，结合负载测算和生产实际情况，提出对出坯液压系统140高压油泵进行换型改造，即将A10VS0140DRS/32RVPB22U99恒压变量轴向柱塞高压泵改造更换为A4VSO180DR/30R-PPB13N00型号的油泵。改造需要的180油泵匹配的联轴器、钟型罩等清单见表1。

换型 改造为180油泵的可行性分析

执行元件所需的最大压力37.72 MPa，而180泵的承受最大压力为40 MPa、额定压力为35 MPa[4]，满足系统需求，文献[4]的180泵输入功率与流量图，清晰可见其承受的压力、排量满足移动速度的要求。

大方坯6台180油泵从投产至今没有出现过故障，也未更换过，运行一直正常平稳。若采用180油泵，3台主机主油泵可以形成有效互换性，同时也可与型材厂主油泵形成互换，可以优先降低库存资金占用。

表1 2#、3#小方坯连铸机出坯液压站140油泵改造材料清单

通过140和180泵安装尺寸图的对比分析，认为换型改造安装可行，改动量不大，不影响安装、维护空间。通过功率核算，系统需要的最大功率为81.6 kW，原电机90 kW可以满足要求[1]。通过热平衡分析和油箱容积分析，原油箱满足换型要求。通过查阅相关资料，两种油泵的运行要求、环境等可以互换，比如油质要求、黏度要求、温度要求等具备换型条件。

通过分析，认为140油泵换型改造为180油泵的可行性好。2015年4月组织实施了改造。

操作 、维护、调节不当的应对措施

通过对油泵操作、维护、调节的优化、细化，出坯液压系统的运行水平得到了进一步提升。针对改型后的油泵，进行大量分析研究，制定下发了“新区分公司炼钢厂A4VSO180DR型恒压变量轴向柱塞高压泵调节、安装和维护的管理实施细则”。

改造效果

改造前后指标对比见表2。改造需要180油泵7台，预计5.3万/台×7台=37.1万，需要相关配套备件材料投入2万元，施工费约为5.2万元。油泵改造投资费用预计为44.3万元。改造一年来已经减少相关备件材料消耗47万元，改造提高了产量1980 t/a，整个改造产生经济效益≥50万元/a。同时改造大幅降低了液压系统设备的事故、故障率，降低了设备的维护检修强度，提高了生产组织效率和铸坯质量等。

表2 改造前后的指标对比表

结束语

140油泵的性能与改造后冷床的实际情况不匹配是造成其频繁损坏的主要原因，液压系统安装、调试、维护、操作不当是造成其频繁损坏的次要原因。油泵换型为180油泵可行性好，油泵换型改造取得了明显实效，有效解决了140油泵频繁损坏的难题。换型改造实现了3台连铸液压系统主油泵的互换性，油泵换型改造充分利旧，实现低成本改造。

[1] 检修工程师手册编委会. 机械工程师手册. 北京：机械工业出版社，2009

[2] 曹心圣，张俊维. A4VSO型恒压变量轴向柱塞泵的设定与故障处理方法. 液压与气动，2001(1)，45

[3] Rexroth Bosch Group. Axial Piston Variable Pump A10VSO.Germany：Bosch Rexroth AG，2006

[4] Rexroth Bosch Group. Variable Displacement Pump A4VSO.Germany：Bosch Rexroth Corporation，1997