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             泥炮錐閥液壓系統故障的分析和處理
                          葉冬柏
          The Troubleshooting for Hydraulic System of C1ay Gun


    摘 要:介紹了泥炮錐閥液壓系統出現的幾例故障的處理方法,分析了系統污染源和預防措施,對液壓系統的維護有一定的參考價值。
   關鍵詞:泥炮;錐閥;液壓系統;污染;故障

 1、引言
    高爐出鐵廠設備要求能適應高溫、多粉塵、多煙氣的惡劣環境,且維修方便的要求。泥炮是用來堵鐵口的設備,設計時必須考慮到泥炮活塞上的推力克服炮泥在缸筒內、鐵口和爐內壓力對其的總阻力。以前采用的電動或氣動泥炮無法滿足大型高爐的生產要求,現代大型高爐上泥炮都采用液壓系統控制。
    二通插裝式錐閥采用線接觸密封,內泄漏很少。在標稱流量時的閥口壓降只有800-2000Pa。換向響應時間僅0.05-0.15s。易采用集成油路塊,可減少由于管路過多產生的漏油、振動、噪聲等弊病。由于錐閥集成液壓系統具有流量大、阻力小,密封性好、換向速度快、易維護等諸多優點,因而被越來越多的泥炮液壓系統采用。
 2、泥炮液壓系統
    一鋼公司2500高爐出鐵廠采用的是PW公司設計制作的矮身液壓泥炮,3只鐵口配3套裝置。液壓系統設計工作壓力為31.5MPa,卸載壓力33.5MPa,采用變量柱塞泵(A4VSO180LR2D/22R-VPB):功率90kW,轉速1500r/min,排量240L/min。要求炮嘴壓力18MPa,旋進用時15s、旋出用時20s,250L打泥量用時約45s,炮嘴打擊力32t。系統回油過濾精度為20μm,循環過濾精度為10μm。
    系統液壓原理如圖1,當A電磁閥帶電時,A1閥打開,回轉液壓缸的有桿腔進油,當無桿腔壓力升到18MPa時,閥A2打開,形成回轉液壓缸的后退動作。當B電磁閥帶電時,B1閥打開,回轉液壓缸的無桿腔進油,當有桿腔壓力升到6MPa時,閥B2打開,形成回轉液壓缸的前進動作,當前進到位時液壓缸的無桿腔液力升高至18MPa,形成壓炮力,即將旋轉和壓炮結合為一個過程,安全閥的設定壓力為35MPa。當C電磁閥帶電時,閥Cl、C2打開,形成打泥缸的后退補泥動作,當D電磁閥帶電時,閥D1、D2打開,形成打泥缸的向前打泥動作。為了防止控制腔控制油源失壓,閥芯失控成為自由浮動狀態,因此設置了部分單向閥的自鎖功能,同時設置了控制油源蓄能器。

      
    錐閥液壓回路確定以后,可通過液壓缸參數、負載重量,要求工作循環時間等參數確定選用的錐閥的標稱通經和系統的工作壓力。根據液壓缸直徑Do和泥筒直徑Dl的關系式(P1為打泥活塞對炮泥的單位壓力(MPa),Po為液壓缸的工作油壓(MPa).可見,工作油壓越高,泥炮的結構越緊湊。系統設計采用了專用錐閥集成油路塊,以便最大限度減少元件數
量,使整個系統更合理。
  3、故障現象及原因分祈
  3.1 壓力不足故障
    實例1:液壓系統啟動后,突然發現壓力始終建立不起來,壓力表顯示壓力較低,液壓缸無法動作。據操作人員反映,上一輪出鐵時系統正常。首先檢查系統無明顯的泄漏處。由于系統采用的是先導式溢流閥,如果先導部分針閥閥芯或閥座磨損加大或卡住會內泄嚴重,主閥或先導部分調壓彈簧突然斷裂或疲勞失效會使閥芯無法關閉或控制,主閥閥芯異物或部分劃傷使閥芯卡死呈全開或半開狀態,先導部分、主閥密封或閥套上密封損壞會造成嚴重內泄。多種分析表明一旦溢流閥內部被異物突然卡住,系統的壓力肯定不正常。
    通過對溢流閥進行拆檢,發現主閥拆卸時較緊且閥體有劃傷痕跡,經過清洗和修研,該閥重新投人使用,重起系統后壓力正常。
    實例2:使用人員反映,一段時間以來,感覺泥炮啟動時間長、旋轉速度慢、打泥時間較以前偏長,由于回轉缸和打泥缸存在同樣慢的問題,不可能是液壓缸內泄,因此可判斷根源在系統共用部位,油箱液位正常,檢查系統管路、閥臺等未發現有漏油問題,更換溢流閥未能解決問題,檢查過濾器,發現濾芯較臟,更換濾芯后故障依舊。檢查液壓泵發現溫度較高、噪聲較
高,懷疑可能是泵內零件磨損,可該泵系修復件,使用僅1年多,一般情況下使用壽命不會如此短,但通過更換液壓泵后故障現象排除。后安排生產廠家對泵進行拆檢,發現內部配合間隙已磨損增大到0.05mm,導致泵的性能下降,分析可能系油液中硬顆粒雜質含量偏高。
  3.2 無法回轉退炮故障
    液壓系統起動后發現無法正常回轉進炮。首先判斷可能是電磁換向閥B的問題,檢查電源接線和電壓完全正常,用手推動電磁閥推桿仍舊無反映,估計有可能先導電磁閥發生了卡死無法換向,更換先導電磁閥,故障仍然存在。
    檢查打泥缸的動作,發現一切正常,因此故障不可能存在于液壓系統的公用部位。
    由于錐閥是通過控制腔(X腔)通入和泄除壓力油來實現啟閉的,錐閥的控制壓力是否正常是其能否正常工作的根本原因之一,控制回路由于密封圈老化及控制電磁閥內泄增大等故障都可能導致控制壓力降低,使錐閥關閉力不足甚至于失控。失控壓力Pxo=(F彈:為錐閥關閉時彈簧的預壓縮力),因此起動液壓系統,在不動作的情況下用測
壓表對排氣測壓口進行檢查,測試結果為TP9、TP10、TP14、TP15、TP16點的壓力正常。點動電磁閥A,泥炮回轉后退,
TP11、TP13兩點測試壓力正常。點動電磁閥B,泥炮不動作,TP11、TP13兩點測試壓力無,因此判斷可能錐閥B1未能打開。

    錐閥無法打開的原因可能為:系統中進人顆粒污染物導致主閥運動副的卡緊、集成油路塊體及控制蓋板內部堵塞、控制油道內部異物堵塞、控制油油道在使用過程中被系統的沖擊壓力擊穿而形成臨近油道的相互串通,導致控制腔的壓力一直無法卸除,主閥無法打開。
    針對上述分析,將錐閥控制蓋板上的單向閥V拆除后重啟系統,回轉前進動作正常,裝上單向閥V故障又出現,因此排除了控制油道被擊穿和主閥卡死的可能性。判斷肯定是0.8mm的液阻W處被堵塞,但W在集成塊和蓋板上很難找到并疏通,利用吹煙氣的方法尋找堵塞的油道一直未果,因此只能通過將單向閥V拆除的方法恢復系統的功能,使用至今9個月一直正常。
  4、案例分析
    泥炮液壓系統發生的先導溢流閥阻塞或劃傷、泵因磨損壽命縮短和錐閥集成塊中液阻堵塞的故障原因,主要是由于油液污染引起的。針對本設備的使用工況和維護情況,分析系統油液的污染基本來源于以下方面。
    由于泥炮打泥和回轉缸的工作環境惡劣,液壓缸活塞桿等均暴露在環境相對很臟的空氣中,活塞每動作一次就會帶入一次污染顆粒,動作次數越多,帶入系統中的污染顆粒可能也越多。
    設備功率較大,使用時由于存在液壓沖擊、振動,使得管接頭、元件的結合面、工藝堵頭等緊固處松動,或且密封件老化,導致多個回轉接頭、管接頭,液壓閥臺處存在滲油或漏油現象,在更換密封圈時如果不注意清潔工作很容易將硬質污染物帶入。
    每年冬、夏在換油時未對新油進行預過濾且油箱清洗未按標準實施。
    采用國內產品替代原進口件時,不合適的替代濾芯無法保證全面達到原濾芯的過濾性能,極大地影響了系統的過濾效果。通常濾芯的有效過濾面積增加1倍,其使用壽命延長接近為原來的4倍。反之亦然。
    一般應該在每個工作壓力高于15.5MPa的定量泵或工作壓力高于10.3MPa的變量泵下游裝設壓力管過濾器,因為泵的旋轉組件有滑動和滾動接觸面,工作面在高壓或交變壓力、電化學腐蝕、點蝕、縫隙腐蝕和氣蝕磨損等影響下,總要產生一些磨損屑,而且泵的設計壽命有限,可避免泵失效時的碎屑流到下游系統。
    油液本身的老化會產生膠狀油泥、增加含水量和有害的物質腐蝕金屬,時間一長會對系統產生直接的影響。
    因此,對本系統而言,如果加強液壓系統的日常維護管理,加強油液狀況的精密點檢和分析,采用光學顯微鏡進行記數法清潔度的檢測等方法,控制系統清潔度不低于NAS8級,完全可以避免以上故障。
   5、結束語
    國內外的工程實踐證明,液壓元件和系統使用的可靠性和壽命,與液壓系統的受污染程度有關。有資料表明,液壓系統中約70%的故障是因污染造成的。
    因此降低液壓系統的污染,可提高泥炮設備運行的可靠性和延長壽命,確保高爐的正常出鐵生產。
    針對特定工況,設計合理的系統過濾裝置和液壓缸活塞桿防塵裝置、選擇合理的過濾精度和合適材質的密封圈,可避免系統油液的一次污染。
    強化檢修時的清潔管理,選擇合適的替代濾芯和定期更換濾芯,加強油液的定期監控和更換并對新加油進行預過濾,對液壓元件特別是泵等進行定期檢測和更換,可避免系統油液的二次污染。
  參考文獻:
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