斗轮式取料机臂架下沉故障处理实践

（唐山工业职业技术学院 自动化工程系，063200，河北唐山）

1 故障现象

某散货港口续建工程的斗轮式取料机2012 年投入使用，设计额定取料能力为6 500 t/h，瞬时最大取料能力为7 265 t/h，近期当R5-2 取料机下俯角度较大、悬臂皮带机料流接近6 500 t/h 时，臂架下俯角度会突然增大，臂架下沉，轮斗直接撞击堆场地面，不仅存在安全隐患，同时对取料机轮斗和堆场地面也有很大损伤。

2 原因分析

R5-2 斗轮式取料机臂架俯仰动作由两个Φ360/Φ280-3427 液压油缸提供动力，采用同步回路保障两个液压油缸动作的一致性，液压元件选用力士乐公司产品，俯仰角度通过角度传感器采集信号并传输到PLC 进行控制，并通过限位开关限定。俯仰机构原理如图1 所示，俯仰液压系统工作压力18 MPa，系统工作流量173 L/min，油箱容积1 500 L，恒压变量柱塞泵压力设定值15 MPa，柱塞泵电磁溢流阀压力设定值17 MPa。

图1 俯仰机构原理图

经检查，俯仰机构机械结构、角度检测装置及二级限位开关正常，初步判定俯仰液压系统故障导致臂架下沉。仔细排查俯仰液压系统并没有外泄的情况发生，由此推测很可能是液压系统内泄导致故障的发生。液压系统工作原理如图2 所示，通过压力表对液压系统测压点进行压力测定：在臂架进行下俯动作时测定无杆腔G6 点压力值达到6 MPa，有杆腔G7 点压力值达到2 MPa；臂架下俯动作停止，关闭截止阀31.1 和31.2，有杆腔G7 点压力在25 s 左右内迅速从3 MPa上涨到7 MPa，然后无杆腔G6 和有杆腔G7 点压力在60 s 左右内由7 MPa 上涨到9.5 MPa，判定油缸内泄。为进一步确认左侧油缸内泄或者右侧油缸内泄或者两侧油缸均内泄，需要进一步测定压力，压力表依旧连接G6、G7 两个测压点，臂架下俯角度继续增大，下俯动作停止后关闭截止阀42.3 与42.4，测定左侧油缸43.1压力值，无杆腔和有杆腔测压点压力数值变化情况与之前测定的类似，可以得出左侧油缸内泄的结论，并且情况不乐观；用同样的方法验证右侧油缸并没有内泄。之所以取料作业臂架下沉，是因为俯仰液压系统采用的是同步回路。

图2 俯仰液压系统工作原理图

3 解决方法

为解决取料作业过程中臂架下沉故障，需要更换左侧内泄油缸。该油缸重达7 t，安装高度距地面约为16 m，更换难度大。经反复论证制定安全合理的更换工艺方案，并申请停机时间进行更换。

（1）将臂架放到维修支架上，并在垂直和水平方向上锁止臂架。

（2）根据取料机主体钢结构，如图3 所示，通过力学计算出应拆配重质量Δm。

图3 取料机主体钢结构图

设斗轮重力为G1，臂架长度为L，臂架重力为G2，拉杆受力F1，配重重力G3，油缸受力F2，油缸与支架的夹角为θ，未拆卸配重时，根据取料机主体钢结构图列出取料机臂架力矩平衡方程：

摘掉配重Δm 后，俯仰油缸应不受力，即F2为0，而臂架前部的质量无变化，则臂架力矩平衡方程为：

式中：L=50 m；L1=14.5 m；L2=13 m；L3=7.2 m；L4=12.1 m；g 取9.81 N/kg；G1=24 000 kg×g；G2=200 000 kg×g；G3=317 000 kg×g；

根据式（3）（4），计算出Δm≈30 t，需要拆下30 t 配重。

（3）拆卸配重块。关闭右侧油缸的上下截至阀（42.3 和42.4），使用70 t 吊车拆掉6 块5 t 重的配重块，使取料机主体钢结构力矩平衡，防止钢结构变形。

（4）利用专用工具对需要更换的液压油缸进行泄压，完全泄压并绝对安全后拆除管路、限位开关等附件，仔细保护好接口处，防止被污染。

（5）为提高维修效率，减少停机时间，拆卸左侧液压油缸时直接用气焊切割油缸销轴，安装新油缸时使用新销轴。液压油缸下部通过销轴固定好后，按图纸装回管路等附件，通过机侧操作模式控制液压油缸伸缩以便充油排气，依托手动泵微调液压油缸缸杆伸出量完成上部销轴安装。

（6）更换完左侧新油缸后，打开右侧油缸的截止阀，需要取料机司机配合检修，多次重复俯仰动作，将液压油中的空气排出，检修人员注意观察液位并进行补充，保障液位在规定的范围内。

（7）将配重块按原位置装回，需要取料机司机配合检修，多次重复俯仰动作，技术人员认真检查俯仰液压系统关键参数与各项指标，保障俯仰液压系统无异常。

4 结语

更换左侧俯仰油缸后，取料作业过程中臂架下沉故障消除。此故障的分析和排除，对同类设备故障的排除具有一定借鉴意义。