铝倾斜式旋转熔炼炉液压系统故障分析及改进

2020-11-10戴启鹏何佳鑫王朝辉崔品楠吕昌龙

中国设备工程 2020年21期

戴启鹏，何佳鑫，王朝辉，崔品楠，吕昌龙

(辽宁忠旺集团有限公司，辽宁辽阳 111000)

1 原液压系统工作原理

铝倾斜式旋转熔炼炉液压原理如图1所示。系统有两部分，一是由循环泵、冷却器、过滤器、油箱组成循环冷却系统，二是由恒压变量柱塞泵、过滤器、比例换向阀和定量马达组成的开式系统。

电机6带动泵7启动，油液经单向阀10过滤器11到比例换向阀12的P口，溢流阀8得电系统升压，同时，比例换向阀12的b得电，油液经比例换向阀12、平衡阀15的单向阀到液压马达19，马达正转，回油经过平衡阀16、比例换向阀12回油箱。压力传感器9、15、16用于检测系统及工作压力，溢流阀17、18用于保护马达，马达与转炉之间采用齿轮箱连接。

2 铝倾斜式旋转熔炼炉旋转液压系统故障分析

2.1 在铝加热初段旋转速度保持2r/min

在加热初段，需要一个稳定转速。旋转是由马达驱动，负载变化直接影响马达的压力。随着炉内铝料增多，油压升高。炉内铝料的抛跳，马达的压力波动范围增大，造成旋转熔炼炉无法作业。主要原因如下：

（1）比例换向阀导阀卡阀后磨损，比例放大板容易烧毁。PLC控制系统根据炉体上的转速传感器输出一个4～20mA的电流信号来调节比例换向阀的阀口开度，按PID算法调节转速。而炉内混合料的抛跳，使马达工作压力上下波动，在阀口开度不变的情况下，造成阀前后压差变化，使马达流量不稳，比例换向阀控制电流不断调整，极容易造成卡阀和比例放大板烧毁。

（2）马达配油盘的磨损，马达溢流阀密封损坏。上面提到的炉内混合料的抛跳，使马达的工作压力上下波动，波动范围8～22MPa。按每天工作八小时计算，运行2个月马达压力波动5万次左右，出现马达开始喘气，扭矩急速下降。拆解发现其配油盘磨损严重，有1～1.5㎜的间隙，使马达泄漏变大，输出功率降低。另外，马达回油腔溢流压力调定为23MPa,消除了部分冲击，相当于抛跳一次溢流阀工作一次，并将马达高压腔压力高频溢流到低压腔的液压能大部分转化成热能，加剧了阀组及马达密封件高温疲劳冲击损坏。

图1

图2 改进后的闭式液压原理

2.2 在铝加热中段旋转速度需保持在5r/min

在铝加热中段，需要提高马达旋转速度，保证铝液充分冲刷混料，使其加热均匀，达到快速融化目的。此时，马达的流量比较大，压力也比较高，而在加热中，段炉内混合料抛跳引起的压力波动稍微降低,大约为8～16MPa，造成比例换向阀开口的压差增大，通过阀口的液压能转换成热能，造成系统温升快，能耗加大。本系统中平衡阀压力调定数值为24MPa,导压比为3:1，需要8MPa的开启压力打开平衡阀，而实际空炉只需4～5MPa,这就造成系统中的部分液压能被消耗而转换成热能。

3 改进与改进分析

通过以上故障分析及对比，设计出一种不受压力波动影响，控制稳定性高且节能的液压系统成为关键。如图2所示，本系统分两部分，一是由循环泵、冷却器、过滤器、油箱组成的循环冷却系统。二是由变量泵组、冲洗阀组、蓄能器、溢流阀组、油源阀组、比例换向阀和低速大扭矩马达组成的闭式系统。

电机6驱动泵7工作，比例换向阀9得电换向到左侧，补油泵22的油经单向阀23、高压过滤器24、三通接蓄能器28和比例换向阀9进入泵伺服油缸8，使泵的斜盘倾斜一个角度，泵7排油经上部管路进入低速大扭矩马达21。马达驱动炉正转，马达21回油经下部油道到泵7的低压侧，形成了一个封闭循环油路。同时，高压油使冲洗阀19下移，一部分热油从马达的低压侧经冲洗阀的回油溢流阀20流回油箱。补油泵22的冷却油经下部单向阀17也流进低压侧，使系统中的油液能更新一部分。通过比例换向阀9控制进入变量柱塞泵伺服油缸8油量，来调节变量泵斜盘的摆角大小，实现改变泵排量的大小达到调速目的。若出现马达过载，则高压油从上部的溢流阀10溢流，这时变量泵能自成回路，而马达减速或停止，达到保护机件的目的。若比例换向阀9回到中位，变量柱塞泵的伺服油缸中的油液泄空，变量泵的斜盘恢复到中位，柱塞泵不再排油，此时，冲洗阀在液压压力平衡也会慢慢回到中位，切断了两腔通往油箱油路，整个闭式液压系统制动。改进后的闭式液压系统除了主油路回路外，还有补油泵回路、液压马达轴承冲洗回路、制动停车辅助回路。