臂式斗轮堆取料机液压俯仰能力提升.pdf

2023No9(上)设备管理与维修技术与改造96吴建卿编辑臂式斗轮堆取料机液压俯仰能力提升王强（扬州泰富特种材料有限公司，江苏扬州225200)摘要：DQLZ3000/450041.5型臂式斗轮堆取料机是散状物料连续堆取料设备，斗轮堆取料机上部机构采用液压俯仰式与配重平衡，臂架俯仰机构采用双油缸作用，因雨季天气或物料潮湿水分增加，易形成积料粘结于斗轮体、前臂架区域，影响斗前臂架与后部配重之间的平衡，导致液压俯仰油缸运行压力增加以及油缸支点受力变化，从而引起俯仰油缸起升、下降运行不稳定。为解决上述问题，对设备进行升级改造，实现设备稳定运行。关键词：臂式斗轮堆取料机；俯仰油缸；升级改造；安装测试中图分类号：U653文献标识码：BDOl:10.16621/ki.issn1001-0599.2023.09.370引言斗轮堆取料机作为重要的现代化装卸和输送设备，已广泛应用于港口、电厂、冶金企业等大型散状物料原料存储场!。斗轮堆取料机与料场地面胶带输送机组成机械化连续、高效的物料输送系统，使料场物料的堆取料作业更加机械化、自动化。1土堆取料机结构特点本文研究的DQLZ3000/450041.5型臂式斗轮堆取料机主体机构（图1）：主体上部机构采用三角结构平衡、双油缸液压俯仰式臂架，回转平台及门座主体为环行结构，行走机构与门座布置为四腿三支承型式。回转上部偏心设计为基本对称于回转中心，回转平台上没有固定配重斗轮机构臂架臂架皮带机司机室装置上部结构俯仰机构走行机构门座回转机构尾车图1DQLZ3000/450041.5型臂式斗轮堆取料机主体机构示器，故位置指示器接收不到信号反馈，致使阀门停止动作。更换3#、4 阀门的石墨衬套后，阀位信号能及时反馈至位置指示器，阀门动作恢复正常，阀门信号灯恢复正常。4结论本文根据全封闭电动闸阀关阀不到位异常情况进行分析，从阀门结构和工作原理出发，设计方案对阀体各部件进行检查。全封闭电动闸阀关阀不到位的根本原因是石墨衬套破裂。通过更换石墨衬套，恢复了全封闭电动闸阀的正常使用。对于石墨衬套破损问题导致的全封闭电动闸阀无法动作的问题，未来石墨衬套的研究焦点可以重点关注以下两个方面。（1)随着市场对电动闸阀的要求越来越高，新型石墨复合材料必然是研究的重点内容。（2）在未来工作过程中，石墨衬套将面对更为复杂的工作环境，有效的维护保养能延长石墨衬套的使用寿命，相应的维护策略也是发展的一个重要内容。参考文献1】祝捷.全封闭电动闸阀的结构分析 J.阀门，2 0 1 0（4】：3 3.2】段连生.电动阀门常见问题及产生原因 J.工艺与设备，2 0 1 9(2 8：225.3】杨其斌.石墨衬套在油泵上的应用 J.润滑与密封，1 9 8 0（4：9.【4 刘志远，冯勇祥.适用于高温、重载、低、中速装置的新型浸铜石墨复合材料 J.润滑与密封，1 9 9 0（5）：3 0.5曾杰,刘才学，张思强.电动阀门故障特征分析及检测方法研究 J.电子测量技术，2 0 2 1,4 4（1 3）：1 7 2.2023No9(上)设备管理与维修技术与改造972俯仰系统参数与原理2.1俯仰系统参数俯仰系统参数：俯仰油缸为UY120IR250/160-1型；仰俯机构型式为液压双油缸；驱动装置型式为双作用油缸；液压系统工作压力小于1 8.5MPa；液压系统公称压力2 3 MPa；仰俯速度小于5m/min（斗轮中心）；大臂仰角+9；大臂俯角-1 0.3；电机功率3 0 kW。2.2俯仰机构运行原理本机采用了整体俯仰形式，即臂架上下俯仰与上部结构件一起联动，驱动系统采用液压驱动，主要由液压站（包括电机、油泵、电液换向阀、油箱等）配管及液压油缸组成。液压驱动单元主要包括油箱、电动泵及组件、电磁换向阀、安全阀等。其工作原理是：当需要挖取不同的物料层或堆高物料时，通过司机室发出指令，启动电机、油泵、控制换向阀，向油缸供油使油缸伸缩从而实现斗轮和斗轮臂的俯仰。本机构的传动形式为：电机一液压工作站一油缸。油缸伸缩速度可调范围为0 1 2 mm/s；斗轮头部俯仰速度小于5m/min；上俯仰角度为+9；下俯仰角度为-1 0.3。在臂架俯仰的极限位置设有两级限位保护，确保臂架的安全。同时，该液压系统设有闭锁设施，在油缸非工作期间内油缸每2 4 h伸缩变化小于5mm。俯仰时工作平稳、可靠，可防止斗轮臂失稳。对整个系统和元件进行了1.2 5倍设计压力的耐压试验，无漏油现象，有效防止内漏造成的斗轮臂下降，避免影响堆、取料作业的稳定运行。3问题分析3.1现状分析经过1 0 年生产作业使用，此堆取料机整体结构出现以下问题：雨季、潮湿天气状况下，矿粉粘结成块附着在堆取料机取料斗、斗轮体、前臂皮带机支架等部位，增加了前臂架的重量，导致取料机的俯仰油缸承受超额负重。俯仰油缸初始提升时，在接近地面低位时不动作，需用吊机带动提升4 0 0 50 0 mm高度后，俯仰油缸才能缓慢抬升动作。另外，生产作业指导要求定期对堆取料机进行积料冲洗、清理，但又产生叠加问题：人工清理效率不能满足各矿种间的高频率切换；而水冲洗的清理方式效率高，但对堆场的矿料含水量影响较大，不满足矿料水分指标的要求。3.2影响因素及调整措施3.2.1地基下沉因素原料场因多年物料的堆载，料条、轨道地基基础出现自然沉降，但因追求矿粉物料的堆存能力最大化，堆取料机取料时降低了斗轮体的下降限位，由原设计地面2 0 cm（轨下0.5m）调整至0 点位，使原油缸的起始点前移，造成了油缸启动时内部油液运行对自由杆顶升推力不足。3.2.2配重平衡因素堆取料机上部机构配重架已安装1 0 8 t配重，配重架卡槽中间调整配重块重量在3 t左右。根据现场实际使用状态，已出现堆取料机上部机构前后平衡点改变，原配重已经失衡。增加配重的方式进行调整平衡：在整个上部机构支撑下，前臂架4 1.5m的外伸距与2 6.5m的配重架。在受力分析后逐步增加调节配重块2.2 t，俯仰起升效果不明显。同时考虑到回转平台内部回转支撑的正压整体受力，不再继续增加配重来调整整机前后平衡。3.2.3油缸本体因素液压油缸使用时各阀门、管接口无外漏现象，压力测试稳定。拆解检查油缸内壁磨损、密封圈变形等情况，也未发现明显失效。更换同型号新油缸后，使用效果改善不明显。3.2.4液压系统的因素液压系统的压力有恒压变量泵建立的液压力实现泄压回路、压力控制回路、流量控制回路。叠加式平衡阀组件、油泵、管路运行稳定，调节平衡阀至系统压力最大值2 8 MPa，俯仰起升效果改善不明显 2 。4堆取料机俯仰液压系统受力检测4.1系统测试测试过程：（1）使堆取料机大臂处于水平部位（2)俯仰油缸上下腔分别连接1 只精密油压表。（3）分别记录臂架慢慢升起停止和下放停止时的稳态油压。(4)通过油压计算出油缸处的推力N2,再根据图纸上相关尺寸通过油缸受力Nz推算出接地力Ni。4.2受力计算油压测试数据记录及计算如下（1 MPa=100t/m）：油缸处受力为N2,则：N2=P下XA 下-P上XA 上(1)式中,P下、P上VA下A上分别为下腔和上腔的压力与截面积。其中：A下=nx(Txri)(2)A 上=nx(Txri-Txr2)(3)式中,n为油缸数量,本机油缸数量为2,油缸活塞直径d=250mm，活塞半径ri=0.125m，活塞杆直径dz=160mm，活塞杆半径r2=0.08 m。计算各取料机的油缸受力N2（表1)。表1油缸压力测试MPa序号运动状态上腔压力下腔压力1上升停止5.819.32下降停止13.124.13上升停止5.719.34下降停止13.324.15上升停止5.519.66下降停止12.223.5由以上关系推算出对应堆取料机平均接地力为1 8.5t。4.3承载分析通过测试发现接地力明显过大，将导致工作停机时（臂架皮带上有物料的情况)臂架抬起困难，可通过增加配重的方式减小接地力，从而减轻液压系统油缸工作压力。也可通过调整液压缸有杆腔与无杆腔之间的压力差消除抬起困难，但并不能减小接地力(图2)。图2 中，L,=41500mm;Lz=19011mm，配重G与接地力N，的关系为：设备管理与维修2023No9(上)技术与改造98张编辑韵GN2MLLA图2堆取料机接地力计算示意G=2.18N,(4)由式（4）可知，要通过增加配重减小接地力，每减小1 t接地力需要增加2.1 8 t配重。5俯仰油缸改造及液压系统提升方案根据雨季天气料场料潮湿粘料特点，在俯仰油缸初始动作处于受力最大的状态，对俯仰系统起升状态时粘附的积料进行收集并称重，测得斗轮体积料为5.2 t。5.1技术参数确定根据原油缸及增加的配重计算，单个油缸受力约1 50 t。系统额定压力为2 5MPa，实际使用压力为2 2 MPa。具体参数调整后如下：（1)系统额定压力2 5MPa，原推力为1 2 2 t,加大后推力为176 t。(2)系统额定压力2 5MPa，原拉力为7 2 t，加大后拉力为126 t。（3)前后安装距不改变，安装孔不改变，油口尺寸不变。（4)加大后油缸重量在原油缸基础上增加约8 0 0 kg。（5）前、后缸头、活塞杆材料使用3 5CrMo锻件调质后加工成型。5.2油缸设计5.2.1缸径的选择V150000004=3.14根据设计计算缸径=294.6mm,按22国标圆整缸径为3 0 0 mm。5.2.2杆径的选择根据设计手册和行业标准，计算杆径d=Dx（0.6 2 0.6 5）=186195mm，圆整确定杆径为2 0 0 mm。5.2.3密封的选择考虑俯仰油缸倾斜安装，露天使用，工况比较恶劣。所以活塞杆活塞密封均采用进口品牌V组系列密封。此密封形式为5片一组，对于工况恶劣的环境使用效果很好。5.2.4支承导向的选择考虑俯仰油缸倾斜安装，侧向力比较大，所以杆端采用自润滑轴承作为导向，自润滑轴承具有摩擦因数小，耐磨耐腐蚀，最大承载荷为2 50 N/mm,使用寿命长。另外为了增加油缸导向性能，油缸内部活塞端增加了一段4 50 mm长的行程隔套，从而更好地保证油缸动作时的稳定性。综上所得，现将原UY120IR250/160-1700型俯仰油缸的缸径加大至3 0 0 mm，调整为UY120IR300/200-1700型，其技术参数为缸径3 0 0 mm;杆径2 0 0 mm；行程1 7 0 0 mm；工作压力2 5MPa;测试压力3 2 MPa;缓冲行程7 0 mm（图3）。B101:10图3俯仰油缸设计5.3液压俯仰机构安装测试（1)液压系统通电，油路自循环检查及各阀块连接检查。（2)抬升俯仰5 1 0 cm臂架，往复5 1 0 次清除液压缸内空气，至液压系统正常工作。（3）俯仰运行测试，检验有无干涉部位，修正处理。依据设计将臂架俯仰到最高点（用长卷尺测量斗齿的离地距离）安装俯仰最高极限限位：（1)以斗轮臂仰起时斗轮的斗子的最下位置至轨道面上平面1 3 m，俯下至轨道上平面以下0.5m为准各1 0 次，调准俯仰限位开关位置并确保安全可靠。(2)用仪器或小绳将斗轮的斗齿系住并量出1 3 m时，碰限位开关停止动作，同时调整电磁溢流阀的调压螺钉，将压力表调至1 8.5MPa。(3）俯下至轨面以下约0.5m碰限位开关停止，当上、下位置限位准确后，试调单向节流阀根据秒表测量在1 3.5m内仰起要多少时间，根据时间和距离计算俯仰速度是否在3.0 5.0 m/min范围。（4)在液压变幅调试过程中首先只能向上升1 0 0 1 2 0 mm左右（以臂架前端辅助支承架上平面为基准），慢升、慢下试验45次，一直到调准为止。设备安装后在空载状态下，吊装配重时油缸显示数值：(1)前臂架水平放置，油缸受拉，有杆腔压力-2.8 5MPa。(2)臂架向上仰9.0，油缸受拉，有杆腔压力-1 3.4 7 MPa。（3）臂架向下俯-1 0.3，油缸受压，无杆腔压力5.2 33MPa。6结论通过将DQLZ3000/450041.5型臂式斗轮堆取料机的问题分解，结合受力分析和有效的仪器检测、核算，新设计增大型俯仰油缸的方案符合使用要求，同时满足机构受力要求，经过半年跟踪监测，设备达到了预期的使用效果，保证了堆取料机作业的正常稳定运行。参考文献1童民慧，沈卓，王悦民.长悬臂斗轮堆取料机俯仰钢结构动力特性 J.上海海事大学学报，2 0 0 5,2 6（1）:2 6-3 2.【2 肖艳军，张延虎，郭伟鑫，等.基于有限元法的堆取料机俯仰液压缸静力学分析 J.液压与气动，2 0 1 3（1）：1 3-1 4.