Q1－3型牵引机液压系统故障分析

2013-08-18陈震

东北电力技术 2013年7期

陈震

(辽宁省送变电工程公司，辽宁沈阳 110021)

目前，国内外广泛采用张力架线作为高压架空输电线路建设的施工方法，张力架线的主要机械设备为牵引机和张力机，具有机械牵引放线和人工放线不可比拟的优越性［1－2］。Q1－3型牵引机动力系统良好，但液压系统存在一定的不足和安全隐患，给操作手带来很大的压力。存在的主要故障;牵引机的停车位置难以定位，控制手柄放到停车位置时常出现前进和后退的爬行现象，且无法更换尾部的钢丝绳，无法正常应用;存在系统压力不稳定(压力异常下降和升高)，造成刹车制动器异常发热，存在着跑线的安全隐患;液压油温度上升过快，影响正常应用;钢丝绳不能在卷筒上缠紧，存在跑线危险。

1 工作原理

牵引机主要由闭式液压系统 (发动机、主液压泵、定量液压电动机组成)、减速机系统、双摩擦牵引卷筒、钢丝绳卷绕机及辅助系统和控制系统组成［3］。其工作原理是动力系统带动变量泵转动，向液压系统输出压力液压油，驱动定量液压电动机旋转，液压电动机再通过减速机构带动牵引卷筒进行牵引作业。牵引力的大小同液压系统液压电动机进出口的压力差成正比，牵引速度的变化通过改变液压变量泵的流量实现，因此液压传动能充分满足无级调整的牵引力和牵引速度［4］。

液压系统是牵引机工作的主要系统，一般由动力元件 (液压泵)、执行元件 (液压电动机、油缸)、控制元件 (各种阀)和辅助元件 (油箱、油管、散热器等)组成［5］，可分为主系统、补油系统和辅助系统等。主系统利用伺服变量控制机构组成的闭式系统来控制变量液压泵流量方向，进而实现牵引和送线作业。辅助系统由定量液压泵和钢丝绳卷绕电动机、风扇液压电动机、制动器等组成开式系统，从而使钢丝绳缠绕在钢丝绳盘上、风扇液压电动机驱动风扇为液压油散热和关闭制动器。补油泵向系统补充液压油，防止液压油被抽空。

2 故障原因分析

a.停车位置难以定位，导致出现爬行现象。原变量泵通过发动机带动齿轮泵供油，且由外部手动换向阀来改变内部活塞的移动方向和位置，进而控制其流量大小和方向，这种伺服机构由于受齿轮泵流量及压力、手动换向位置和系统冲击的影响，很难保证控制手柄放到中位时变量泵没有流量发生;另外制动器的开启也靠此机构另一个手动换向阀控制，难以保证同步;二者作用导致变量泵手柄放置中位时有流量发生、制动位置时制动器有压力油进入 (致使没有完全制动)及钢丝绳上有一定的牵引力，最终导致牵引机的停车位置难以定位，出现爬行现象。试验发现制动机构能够达到安全要求，因此排除刹车制动器存在故障问题。牵引机要求停机、变量泵控制手柄放到中位时，应没有流量。而实际却有流量，且泵的中位不能和制动器同步控制，导致牵引轮不能停下，出现爬行现象。

b.系统压力不稳、压力异常。主要是由伺服机构控制变量泵的启停、流量的换向和制动器不能同步控制的原因造成。控制器制动时，变量泵应没有流量发生，但实际上由于伺服机构的故障，变量泵存在流量，系统压力升高;当变量泵没有流量发生时，要求控制器立即制动，但由于控制制动与变量泵流量没有同步发生，导致系统压力降低，甚至出现跑线。

c.液压油温度上升过快。可能存在3种原因:驱动散热器叶片的液压电动机磨损严重、泄漏量大;提供动力的液压泵性能下降、流量不足;管路液压控制阀形成的流量和压力不足，导致速度过慢。实验发现液压泵的压力和流量调节正常、散热器液压电动机性能正常，可见散热器风扇转速过慢的原因不是液压泵、液压电动机的问题，进一步检查管路，发现一分配阀分配孔特别小，导致流入散热器液压电动机的流量受到限制。

d.钢丝绳不能在卷筒上缠紧。原因为尾部牵引力不足，后钢丝绳卷线机构速度慢于牵引速度。检测发现卷线机构液压电动机性能稳定，而供给液压电动机压力和流量的液压泵由于磨损严重，压力和流量都达不到要求。

3 问题解决方案

a.液压系统的设计改造。

b.选择合适的液压元件。

c.传动连接机构的设计制作和管路改造。

4 解决故障采取的主要措施

4.1 液压系统的设计和改造

原机液压系统的补油系统与主系统存在安全隐患。主要表现:液压系统受补油系统稳定性差的影响很大，且其回路没有过滤器，使得杂质易进入系统循环中污染油品，甚至导致液压件损坏、发生意外［6－7］;原系统使用外置换向阀机构控制变量泵的流量和方向，中位难找，安全性差，易发生爬行现象;原系统应用外置换向阀机构控制制动器的开启，与变量泵的流量发生难以同步，造成系统不稳定。

借鉴国内外先进经验，考虑补油回路、过滤等因素，制动器开闭考虑液压泵与电动机的同步控制，改进原有液压系统，新设计闭环同步控制液压系统原理图，确保系统正常稳定、迅速停机、制动、不出现爬行现象，解决系统的压力不稳和异常问题。

重新设计液压系统:使用内置带补油泵的主变量泵;在回路中加设过滤器;控制变量泵方面，设计应用目前常用的手动伺服控制流量的方向，压力、流量、方向可无级调节，实现逐步控制，提高了稳定性、安全性;设计加工主变量泵及辅助元件连接法兰，保证传动平稳、同轴度良好、保证性能稳定。设计变量泵流量的发生或停止与制动器制动开启或关闭同步控制。

4.2 主变量液压泵的选择

改造前的主液压泵老化现象严重，没有补油泵，无法满足液压系统的油量需求，存在着一定的安全隐患 (见图1)。经过认真计算、调查，主变量泵选择了上海液压件厂生产的液压泵，该泵带有内置补油泵，可满足设计要求。选购合适的变量泵后，下一步要保证变量泵和发动机可靠、稳定传动。图2为新泵的测试。原液压泵和选配的液压泵性能对比见表1。

4.3 辅助元件的选购

图1 原主液压泵

表1 原液压泵和选配的液压泵性能对比表

图2 对改造选用的主变量液压泵进行测试

从性能和价格等方面综合比较国产和进口原件，同时结合其它厂家设备的液压元件，决定辅助元件选用国产元件，稳定性可达到要求且成本大大降低。原辅助泵 (见图3)为双联泵，性能不足，设计的液压系统采用单泵即可满足系统要求，为此更换为长江液压件厂产的单联泵 (见图4)，节省了费用，效果明显。

4.4 传动机构、管路的设计安装

发动机、主变量泵和辅助液压元件的连接直接关系到系统的稳定性、平衡性，否则可损坏液压元件［8］。法兰的连接要经过严格的审查和计算，要有一定的抗冲击能力，在安装上制作安装附件时要保证同轴度等形位公差，确保可靠传动。图5为原发动机连接液压泵及辅助液压泵的法兰，图6为设计加工的液压泵连接发动机的法兰。

在散热器风扇转速过慢问题上，重新设计分配阀分配孔大小，满足散热器液压电动机的流量要求。

管路安装时，涉及到空间的利用问题，不但要保证维修方便，还要保证留有一定的调整空余。

4.5 制动机构的设计安装

制动器是确保作业安全可靠不可缺少的部件。采用湿式全盘式制动器，具有液压释放大、操作简单、反应快、安全可靠、散热能力强、磨损小、制动平稳等特点。

以前的制动器不能迅速停车，在停车不牵引时存在爬行现象，根本原因就是单靠一个换向阀不能完全控制停车制动，图7为原来采用的换向阀制动，不能保证和变量泵同步控制。在制动器的设计和调整方面，把变量泵、钢丝绳缠绕机构和刹车系统通过一个控制手柄实现同步控制，图8为新设计的同步制动，与牵引速度可达到同步开启和关闭(牵引速度可通过手柄任意调节，实现无级液压变速)，保证了系统的安全性和稳定性。