巨型重载锻造操作机主泵电机电流大的原因分析及解决方法
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摘 要：文章以400T·m巨型重载锻造操作机为例，给出设备液压控制原理，论述液压系统主泵电流大、油温升高快、提升缸动作异常及夹紧缸压力低等故障的诊断和排除方法。
关键词：液压控制系统;故障诊断;解决方法
中图分类号：TH137.5 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）24-0142-02
Abstract： Taking the 400T·m giant heavy-duty forging manipulator as an example， this paper gives the hydraulic control principle of the equipment， and discusses the diagnosis and troubleshooting methods of the main pump current of the hydraulic system， the rapid rise of oil temperature， the abnormal action of the lifting cylinder and the low pressure of the clamping cylinder.
Keywords： hydraulic control system; fault diagnosis; solution
1 概述
中国一重400T·m巨型重载锻造操作机是重型装备制造业的基础装备，能够实现与100MN水压机的联动操作，提高大锻件生产效率和质量并降低制造成本。其最大载荷重量2000kN，最大载荷力矩4000kNm，能够夹持锻件进行升降、俯仰、横向摆动、前后行走、自由旋转动作，并具有减震功能。液压泵站由6台高压轴向柱塞泵供给，其中有4台定量泵和2台变量泵，并配有4台活塞蓄能器节省高压动力;2台高压轴向柱塞泵提供夹钳夹持力无级可调，1台控制油泵实现各控制阀组比例阀和电磁阀的控制操作;2台低压螺杆泵用于油液过滤、冷却等功能。操作机各动作的控制及保护装置组合在液压阀块内，通过比例方向阀实现执行机构的速度无级可调，可以伴随水压机的动作实现自动控制;同时还配置了活塞蓄能器，用于蓄能、减振、平衡和保压等功能。
但在实际工作中，频繁出现主泵电机电流过大导致线缆烧损、油箱温度升高较快、提升及夹紧动作故障频发等问题，严重影响了锻造操作机的运行效率，增加了能源消耗，泵阀使用寿命较低，使生产成本居高不下。对于设备维修人员来讲，不仅要了解掌握其功能原理，更重要的是快速解决使用过程中发生的故障和问题。
2 并联式轴向柱塞泵组协调配合
液压泵站由6台高压轴向柱塞泵组成，其中有4台A4FO 500/30R-PZH25N00型定量泵和2A4VSO500DRG/30R-PZH25N00型变量泵组成。每台主泵都由250kW电机进行驱动。6台主工作泵采取并联式供油的方式，每台泵均有1个电磁溢流阀，根据系统压力的变化控制每台主泵的加载和卸载。其中2台变量泵的供油压力由泵的先导阀进行设定，4台定量泵的供油压力由电磁溢流阀进行设定。当检测到系统压力低于220bar，高于270bar时，6台主泵的电磁溢流阀根据程序设定进行加载和卸载切换，保持供油压力稳定的情况下最大限度降低能耗。但在切换过程中存在电机电流波动大的问题，极易造成电缆线因电流过大造成烧损。
A4VSO500DRG型恒压变量泵能够在开式回路中通过压力控制实现液压系统中保持压力恒定，流量无级调节。即在满足系统工作压力的前提下，实现流量的变量输出，使系统发热最小，工作效率高。假设高压的压力设定值为Pt，泵的出口流量为Qp，泵的出口压力为Pp，则当Pp<Pt时，泵的斜盘倾角变大，输出流量增大，若泵的输出流量大于负载所需流量，则多余的流量使系统压力上升。当Pp>Pt时，泵的斜盘倾角变小，输出流量降低，即恒压变量泵能够根据负载的需求改变系统输出流量，保持系统压力稳定。随着压力P的提高，输入功率呈比例增大，因压力升高内泄加大导致最大流量降低。在排量和转速已定的情况下，随着压力P的提高，所要求的输入功率P随之成比例地增大，其最小流量（斜盘处于零摆角）也随之成比例增大，其最大流量（斜盘处于最大摆角15°）因泵自身润滑与控制所需流量增大而随之成比例地减小。在转速n=1500/1800rpm，油液温度50℃，安全压力400bar时，用电磁溢流阀作为加载阀，打开和关闭压力管得负载阶跃。
A4FO500型号的定量泵流量与驱动转速及排量呈比例，其公称压力为350bar，而400T·m巨型重载锻造操作机的供油压力为270bar，其供油压力由电磁溢流阀进行设定，由于电磁溢流阀压力设定的不一致，会造成各泵的出口压力不一致，导致各台驱动电机的电流不同，尤其是压力差别较大的情况下，在电磁溢流阀切换过程中的电流冲击会更大。因此必须要将各电磁溢流阀的压力调定一致。在多泵并联共同工作时，只有在泵的性能参数以及电磁溢流阀设定压力相等的条件下，泵之间不会出现干扰，否则将会出现“相互挤压、液压对顶的能量损耗”等现象。
3 蓄能器組降低功率消耗
400T·m巨型重载锻造操作机供油系统还配有4个270L的活塞蓄能器，用于主供油系统的蓄能、吸收冲击和脉动，保持压力稳定，可降低主泵运行功率，系统发热减少。由于操作机液压系统工作时为非连续振动，使得油源具有启动后工作周期的大流量输出和待机周期的小流量输出的特点，从功率消耗和节能角度考虑，必须充分利用蓄能器的储能功能，采用液压泵主供油，蓄能器短时辅助供油，通过合理配比液压泵和蓄能器的供油量，减少流量过剩和无用工耗。当液压控制系统需要大流量输入时，2台恒压变量泵处于最大排量摆角位置，定量输出，与定量泵和蓄能器联合供油，系统压力由电磁溢流阀设定;待机周期内，油源仅需要输出很小的流量补偿系统泄漏，此时电磁溢流阀关闭，定量泵卸荷，恒压变量泵输出，系统压力由恒压变量泵保持平稳。由于该液压系统的工作周期和待机周期的流量需求差异较大，油源的节能设计充分利用恒压变量泵和卸荷回路的特点。从而实现了液压系统工作周期的高压、大流量、大功率输出，待机周期保压、小功率输出，降低功率消耗。 4 降低液压系统损耗
液压系统工作时不可避免有能量损耗，主要体现在液压泵、阀的功率损失，溢流阀的溢流损失，油液流过各类元件及管路等的沿程损失，从而降低效率，增大功率损耗。造成内泄的原因分析及解决措施如下：
4.1 恒压变量泵的流量调节不当
A4VSO型恒压变量泵的机械调节旋钮调节不当，导致流量在变量泵输出压力达到泵调定压力时仍有较大流量输出，应确保在达到设定压力后输出流量接近为零。因出厂时该旋钮已调整完成，无特殊情况不许调整。
4.2 泵出口电磁溢流阀压力设置不正确
泵出口溢流阀的作用是对系统压力进行调定，在系统压力升高时起到安全保护作用。如果电磁溢流阀的压力设定低于泵输出设定压力，则恒压变量泵达不到自身设定压力而又大流量输出，输出的大流量由溢流阀溢流导致系统发热，内泄严重。电磁溢流阀的压力应略高于泵出口调定压力，一般高出10%-20%左右。
4.3 液压元件磨损
（1）動力元件
各台油泵长期运行中，泵体内部元件缸筒与柱塞之间、缸筒与配流盘、滑靴与斜盘之间会出现不同程度的磨损导致间隙变大，使泵的容积效率下降，功率损耗和产生的能量损耗上升及油温上升。如液压泵的内泄量不能满足系统流量需求或难以控制油温的情况下，需及时更换油泵。
（2）控制元件
各控制阀组的液压阀，由于长期使用导致阀芯与阀套磨损，配合间隙变大导致内泄。通过采取听、摸的方式将阀体温度高、动作使用频繁的比例阀和开关阀定期进行更换或找专业维修厂家进行阀芯、阀套的分解更换。对于400T·m操作机而言，用于行走、旋转的4WRTE型比例方向阀内泄非常严重，我们一般是每2年进行维修更换。同时在缓冲缸的比例溢流阀等也因为阀的故障导致内泄甚至无法达到使用压力。
（3）执行元件
执行元件液压缸如果出现内泄漏，尤其在400T·m操作机运行中的提升油缸、缓冲油缸、夹紧油缸等为了保持位置稳定、压力恒定，一旦发生内泄会造成缸内串油，使各泵一直有流量输出造成功率损耗和油温升高。应定期对各执行元件用压力表进行压力测试，在测试过程中应将执行元件接通高压油后关闭进油通道，封闭测试执行元件的压力变化，若压力快速下降则表明缸内密封效果不佳应及时修复更换。400T·m操作机的前提升缸、用于夹紧缸的旋转接头等都出现过缸内密封损坏导致内泄严重，甚至无法达到使用压力的情况。
（4）辅助元件
由于锻造车间环境较差，厂房内金属粉尘较多，导致液压油中含有的杂质和金属粉尘等固体颗粒吸附在滤芯上，对于泵入口的滤芯会造成吸油阻力增大，导致油温升高，也会造成循环泵前后压差变大，循环泵的负载增加，容积效率降低，机械损耗增加。应根据过滤器报警情况及时更换滤芯。同时应确保在油箱人孔盖、电机法兰盘等位置的密封圈完好并压紧，并安装空气滤清器，防止由于各台油泵吸油过程中的油箱内负压导致金属粉尘被吸入油箱，污染液压油。
5 结束语
针对400T·m巨型重载锻造操作机近年来出现的主泵电机电流过大的问题，通过研究6台主油泵的特性并结合近年来的检查分析，通过调整6台并联式轴向柱塞泵组的压力和主泵打压泄压过程的程序控制、通过调整蓄能器组的压力降低功率消耗、通过解决系统内泄等问题，使主泵电机电流过大的问题得到解决。
参考文献：
[1]邓翊.A4VSO型恒压变量轴向柱塞泵DR控制方式的应用[J].武钢技术，2016（12）：54-57.
[2]苏华礼.机床液压系统的发热分析[J].液压气动与密封，2008（01）：7-10.
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