石门发电公司重车调车机大臂驱动油缸技术改造分析

石门发电公司重车调车机大臂驱动油缸技术改造分析

梅可建

陕煤电力石门有限检修部 湖南省常德市石门县 415300

论文摘要：石门发电公司火车来煤依靠2台CFH-2型侧倾式翻车机系统实现翻卸，重车调车机是翻车机卸车线成套设备中的辅助设备之一。重车调车机为大连重型机器厂制造的ZDC-30型重车调车机，1995年投入运行。重车调车机运行多年后，液压系统运行不平稳，大臂经常抬不起，系统漏油严重，缺陷频发，严重影响企业站的正常接卸车，影响机组正常供煤及增加车辆延时费，急需对该系统进行有效地改进。

本人和同事经过一系列的调研，在查阅大量的技术资料和研究分析的基础上，通过优劣比较，形成了一套改造方案。整个改造过程主要通过对齿条油缸的换型改造，对液压控制系统进行优化完善，配套合适的油泵电机组，辅助管路及冷却系统改造，使液压系统运行平稳，重车调车机大臂运行可靠。该改造方案在石门发电公司得到应用实施，取得了较理想的效果，有效地解决了存在的问题，大大提高了翻车机系统运行的可靠性。

正文：

1、引言

   石门发电公司火车来煤依靠2台CFH-2型侧倾式翻车机系统实现翻卸，单台翻车机系统包含重车调车机、翻车机本体、迁车平台、空车调车机等设备，其中重车调车机为大连重型机器厂制造，其余设备为武汉电力设备厂制造，1995年投入运行。#1、2 ZDC-30型重车调车机是我公司翻车机卸车线成套设备中的辅助设备之一。其传动装置采用齿轮传动，主要由车体、行走车轮、导向车轮、调节臂架、行走传动装置、液压系统、缓冲器和调车机轨道等组成。它主要是用来将整列装有煤等块状或粒状货物的列车牵引到一定的位置上，用前钩将单节重载车辆送入翻车机内定位，用后钩将单节空载车辆送入迁车平台。

2、改造前设备概况

#1、2重车调车机在2005年改造前，液压系统运行不平稳，大臂经常抬不起，系统漏油严重，缺陷频发，严重影响企业站的正常接卸车。公司在2005年与2006年由武汉辉煌电力工程公司分别对#1、#2重车调车机液压系统进行改造，设计原理图与现场安装上则取消了液压系统溢流阀组，只是将大臂升降机构的三位四通电磁换向阀优化成了三位四通电液比例换向阀。大臂摆动油缸和平衡油缸由UBJZD160-145°(优瑞纳斯)脚架式轴输出单齿条摆动油缸加平衡配重块代替。

#1、2重车调车机大臂驱动改造后安装的UBJZD160-145°(优瑞纳斯)脚架式轴输出单齿条摆动油缸，频繁出现缸套内壁纵向拉伤、齿轮齿条磨损严重，造成油缸内漏与外漏，影响设备正常的安全运行。液压系统由于没有溢流阀装置，长期在超压（系统压力14MPa，原设计压力10MPa）情况下运行，油系统漏油严重，油管经常爆裂,大臂在上升与下降到位停止后不平稳，有一定冲击或摆动。驱动齿条油缸损坏后将导致整套翻车机系统无法卸车，尤其在备品备件采购周期较长时将造成一套翻车机系统长时间瘫痪，直接影响企业站的正常接卸车，影响机组正常供煤及增加车辆延时费。综上所述，急需对重车调车机大臂驱动进行改造。

3、问题分析与改造方案

3.1.问题分析：

首先，由于空间限制，配重中心点必须靠前，杠杆比较长，拨车臂往水平位置下落时，不能很好的平衡；

   其次，前、后走行轮在内侧（正常配重式拨车机前后走行轮在两端，形式如推车机），如果配重过大，拨车机容易前倾翘尾，导致配重不足。

   鉴于目前以上两点，当拨车臂在下落到水平位置时，液压阀门在短时间内关闭，齿轮齿条缸马上停止运动。由于整个配重机构设置不合理，拨车臂重心不能很好的平衡，导致产生很大的惯性力矩，惯性力矩都作用在齿轮齿条缸上，并产生相对应载荷的平衡力矩，也就是意味着每次下落到水平位置时，都会产生一次液压冲击。此冲击载荷很大，超过了正常工作极限，而且由于整个液压系统中未设置液压溢流阀，导致整个系统长期工作在超压状态，由此造成阀体密封破裂，油系统漏油严重，油管常常爆裂，由于频繁收到液压冲击，常常造成缸套内壁纵向拉伤，齿轮齿条磨损严重。同时由于环境温度高，大大缩短了齿轮的使用寿命，齿条油缸的平均使用寿命不足1年（如图1）。

图(1)

3.2、 技术改造方案：

3.2.1、齿条油缸改造方案

为减小拨车臂摆动油缸工作压力，由单齿条改成双齿条，缸径160mm不变，液压系统使用压力可降到7-8mpa，提高齿条油缸使用寿命，并且在齿条缸工作口增加叠加双向溢流阀，防止超载。

为减小停止时液压系统的冲击，拨车臂由垂直位置下落到水平位置时分为两级速度，一级速度为快速前进速度，即由垂直位置开始行进的速度，二级速度为慢速前进速度，当拨车臂快要到达垂直和水平终点位置时，通过位置检测开关反馈信号，由快速减为慢速，直至拨车臂停止，这样可以有效减小拨车臂在快速行进时突然停止的冲击。

加大管路直径，重新配管，油缸进出油管路接头采用液压软管连接，为保证使用寿命软管采用美国伊顿或派克原装管路。齿轮齿条油缸由立式改成卧式结构，增加支座联轴器。这样整改之后，可以达到拨车臂上下摆动平稳，无冲击震动，运行可靠，有效的延长齿轮马达的使用寿命，提高设备可靠性，降低维护成本。

液压齿轮齿条油缸采用力士乐品牌，A系列产品（如图2）。其特点如下：                                      

 内部心脏件采用高科技复   合材料，并通过工艺改进解决了该型马达球塞与球体配

 合精度低等问题，改进后马达压力比原先提高1.5倍，摩擦系数降低1倍，寿命则延长3        倍左右；                           （图2)

② 马达动密封采用了特殊（专制）技术，从而保证良好塞封，杜绝渗漏；

③ 室子内曲线、活塞孔等关键部件采用先进的特殊加工方法，大大提高曲面精度与表面粗糙度，马达的机械效率同比提高约15%；

④ 减速器内部密封使用德国宝色霞板产品，轴承使用德国FAG产品。由于它在设计上采取了各种措施，故可适应各种机器的工况，因此马达具有重量轻、体积小、调速范围大，可有级变量、机械制动器可自动启闭、低速稳定性好、工作可靠、耐冲击、效率高、寿命长等一系列优点。

3.2.2、压阀组改造方案

   为实现两级速度，需要增加两组控制阀，液压阀块重新设计，取消原有控制大臂旋转阀组，增加压力.温度传感器（如图3）。

图(3)

液压控制阀采用德国力士乐产品，电磁换向阀采用WEH系列，压力阀为DB系列。此部分原有系统使用国产液压阀，与国产液压阀相比，力士乐液压阀具有以下优点：

① 使用压力高，本液压系统使用压力为10mpa，力士乐液压阀额定工作压力为31.5mpa，非常高的额定工作压力保证了在正常工况下的稳定性与可靠性；

② 耐冲击过载能力强，普通液压阀在频繁冲击的工况下，一般会出现阀芯卡死.断裂.磨损等情况，力士乐阀在受到1.5额定压力冲击下，仍然可以正常工作，不会受到影响，减少故障率，保证设备正常运行；

③ 通流能力强，阀体内部孔道采用铸造工艺，非加工孔道，这样可以有效减小流通阻力，提升流量效率，减少热量损失，加快工作节拍。

   液压油路块由45号钢加工制作，阀块锻件经过调质锻打处理，探伤检测，数控CNC加工中心加工，去除内外部毛刺，钝化防锈处理。此阀块具有耐冲击能力强，流通能力大，安装表面光滑，保证无渗漏，耐腐蚀等特点，保证了油路畅通无阻，减少故障点。 同时在油泵出口相应地点增加压力传感器，4-20ma输出，可以在操作盘上直接观察油泵输出压力，方便检查故障。选用哈维DT系列产品，传感器的工作方式为最先进的薄膜式，采用溅射合金薄膜压力敏感元件的加工工艺技术制作而成。压力介质直接作用的14-4ph不锈钢薄膜上制作了惠斯登电桥薄膜应变单元，在压力作用下发生形变，电阻的变化引起电阻值的变化，电桥会产生差动输出，此种原理无需密封腔和充油腔，因此具有适应恶劣环境和长期稳定性的特点。

耐高压.高温。

高精度.高可靠性。

高稳定性，精度优于0.1%/年

抗震动冲击，以及耐腐蚀。

响应时间短，重复性好，温度自动补偿。

油箱上重新安装温度传感器，4-20ma输出到plc，可在操作盘上观察油箱温度，在油温较低时启动加热器，油温较高是开启冷却器。选用美国TE80百纳产品，此种传感器采用模拟量线性修正，正弦调整，固定量高低均衡分配，因此具有稳定性好，反应迅速等.坚固耐用特点。

3.2.3、油泵电机组改造方案

   新方案中拨车臂有两个速度，为满足马达快速动作流量需求，需要重新核算并且更换油泵电机组。电机采用大连电机厂Y系列产品，B35安装方式。(如图4)

（图4）

   电机是封闭自冷式鼠笼型三相异步电动机，是国内设计最新的型号，性能优良，品质优越。外形美观大方，效率高，节能。堵转转矩高，噪声低，震动小。安装尺寸和功率完全符合IEC标准和DIN42673标准，本系统采用F级绝缘，外壳防护等级IP55.

   液压油泵采用进口油研品牌，PV叶片系列，本系列产品是专为低噪声平稳工作而开发的高压高性能叶片泵，最高可以达到21mpa，独特的设计.高精密加工材料的合理选择，保证了其高可靠性，适应能力性强的优势，最适合此液压系统。设计合理，加工精密的圆弧叶片，降低了叶片对定子内曲线的压应力，提高定子与叶片的使用寿命。定子采用最先进的无冲击过渡曲线，使叶片具有良好的运动和受力状态，保证其良好的接触，并且使流量损失.压力和流量脉动为最小，噪声更低，寿命更长。侧板采用液压平衡原理，具有很好的容积效率。选用优质的材料和先进的热处理工艺，油泵整体可靠性进一步提高。

3.2.4、管路以及冷却改造方案

   重新铺设控制拨车臂管路，改造破损管路，增加风冷却系统。

   液压马达流量需求增大，管路口径也要做相应增大调整，并且原有管路使用时间较长，裸露在室外，风吹日晒，表面腐蚀严重，要对其进行改造.更换。钢管采用精密冷拔无缝钢管，国标号为：GB3639-2008。冷拔精密钢管是通过冷拔或热轧处理后的一种高精密的钢管材料，由于精密钢管内外壁无氧化层、承受高压无泄漏、高精度、高光洁度、冷弯不变形、扩口、压扁无裂缝等有点。

   管接头使用永华产品，具有高强度、无渗漏、耐冲击等特点。

   电机油泵增大，系统产生热量增加，再加上夏天环境温度较高，为避免油箱温升较高，因此在油箱上适当位置增加风冷却，降低油温，保证系统正常运行，风冷却选用日本神威AN系列产品。特点是冷却效率高，噪声小，同流能力大。

4、改造后效果

    通过该方案改造后重车调车机大臂齿条油缸液压系统具有超压保护，液压系统漏油问题得到根本性解决，大臂速度分为二级速度，升降平稳，齿条油缸使用寿命延长，运行可靠。

   本改造项目实施后显著提高重调机的可靠性，提高整个卸煤系统的安全性能，大幅降低检修人员的劳动强度和劳动量，节约不菲的检修维修成本，有良好的经济效益和安全效益。

参考文献：

〔1〕成大为：机械设计手册（液压传动）， 第五版 ，化学工业出版社，2010年1月出版

〔2〕王益群、高殿荣：液压工程师技术手册，第一版，化学工业出版社，2013年4月出

版

〔3〕吴宗泽、卢颂峰、冼健生：简明机械零件设计手册，第一版，中国电力出版社，2011年1月出版

〔4〕沈莲：机械工程材料，第三版，机械工业出版社，2009年出版