斗轮堆取料机俯仰机构故障分析与处理

胡桂花，田 野，王媛媛，毕前前

1洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司河南洛阳 471039

2矿山重型装备国家重点实验室 河南洛阳 471039

斗 轮堆取料机是一种连续、高效、低耗的散料装卸机械，广泛应用于电厂、港口等装卸煤炭、矿石的大型原料场。悬臂是斗轮堆取料机的主要承载构件，斗轮在臂架头部，斗轮的转动和臂架的俯仰及回转共同完成取料工作，臂架俯仰机构双液压缸可以调整悬臂俯仰角度，液压系统满足臂架俯仰系统受力变化时的平稳性，给液压缸的上腔施加背压，确保臂架在俯仰过程中运行平稳无异常振动、无冲击。

1 故障现象

工作中发现，秦皇岛港口的堆取料机悬臂出现左右交替下降、剧烈的扭转振动现象，由于臂架长期承受交变载荷和冲击载荷，加速了悬臂疲劳失效和液压缸支撑失稳，存在安全隐患。

为查明振动原因，保障设备和人员安全，笔者利用德国 CAESAR 公司“MOPS 模块式信号采集系统”对俯仰液压缸铰点部位进行应力测试，分析应力变化并提出解决方法。

在测试中发现，臂架下俯到水平位置附近时出现扭振。由应力测试曲线可以看出，左右液压缸铰点部位应变不一致，相位差为 180°(见图 1)。应变曲线变化是液压缸压力交替变化导致的。

图1 改造前左右液压缸支座应力应变曲线

2 原因分析

该设备投入使用近 30 a，俯仰液压系统已多次维修改造，其液压缸俯仰系统实际液压控制原理如图 2所示。

图2 堆取料机臂架俯仰系统原理

动臂下降时，液压油进入液压缸上腔，其压力由溢流阀调定，液压缸下腔节流阀开启，当P1口液压油回油压力下降一定值时，液控单向阀在控制压力作用下打开，液压缸下腔回油动臂下降。由于节流阀的液阻作用及其平衡重力的需要，当P1口压力迅速上升到一定值时，P1口压力反用于控制活塞，造成控制压力不足而使液控单向阀关闭。关闭后P1口压力再次下降一定值时，控制压力又将液控单向阀打开。如此反复，造成动臂下降过程不稳定，引起振动。阀件个体的差异与臂架的柔性钢结构造成左右液压缸负载交替变化，进而引起阀的启闭随着液压缸负载的变化而变化，这是因负载对控制活塞的阻尼过大引起。

无独立泄油口的液控单向阀是内泄结构，控制活塞开启时受回油口压力P1的反向作用阻止单向阀开启，臂架下降需要平衡臂架的自重。P1较大，需要较大的控制油压。以内泄式 A1Y 类液控单向阀为例，其控制压力为 (1.6+P1) MPa，已接近系统最大压力 18 MPa；独立外泄口 A2Y 类液控单向阀，其控制压力为 (1.6+20%P1) MPa。二者需要的控制压力差别较大，一般较小负载采用内泄式液控单向阀，较大负载采用具有独立外泄口的液控单向阀。

3 实施方案

通过对液压系统进行研究，采用具有独立外泄口的液控单向阀，具有改动小，经济性好的特点。具体实施方法如下：

（1) 将现有液控单向阀由 A1Y-Hb20B 改为 A2YHb20B；

（2) 液控单向阀和油路块之间增加一个过渡阀块，该阀块设一个外接泄口；

（3) A2Y 液控单向阀安装加长螺栓；

（4) 在油块侧面所接的回油管法兰和油路块之间增加一个过渡块，旁开一个泄油口；

（5) 2 个过渡之间的泄油口用管路连接起来。

按上述方式改造后，控制压力为 5 MPa，满足要求。改造示意如图 3 所示。

图3 堆取料机液压系统改造示意

改造后，对左右液压缸铰点部位应变进行测试，结果如图 4 所示。由图 4 可知，俯仰过程平稳，臂架下俯到达水平位置附近时扭振现象消失，臂架俯仰停止时，由于惯性作用引起的冲击在两销轴支座处的应变变化一致，也未出现交替变化现象。

图4 改造后左右液压缸支座应力应变曲线

4 结语

笔者通过应力测试对堆取料机臂架俯仰故障进行分析，找出故障原因，设计改进方案。系统改动小且施工方便。改造后的俯仰控制系统运行平稳，原有故障现象全部消失，取得了良好的效果，有效保障了设备的安全运行。□