钢包提升装置液压系统故障

某炼钢厂仿德马克型超低头多点矫直板坯连铸机在安装调试过程中钢包提升装置液压系统暴露出了钢包回转台整体升降不畅、同时发出节拍似的振动和噪声等问题。

(1)钢包提升装置液压系统原理

图M为钢包提升装置液压系统原理图。钢包回转台整体升降由一个液压缸驱动，避免了多缸驱动的不同步现象。1DT断电、2DT通电时，压力油进入液压缸无杆腔（下腔），使活塞向上运动实现升降臂上升，有杆腔油液经双单向节流阀通道回油节流，控制上升速度。1DT通电、2DT断电时，压力油进入有杆腔，升降臂下降，此时3DT通电，接通液控单向阀的控制油路，使液压缸无杆腔油液经液控单向阀反向回油，经单向节流阀的节流通道控制下降速度。

改进后的液压系统原理图_钢包提升装置液压系统原理图

(2)故障原因分析

  经检查各元件均正常，故系统故障并非由元件本身质量造成。后来经对液控单向阀进行结构分析，确认故障原因是元件选择不当。原选择的液控单向阀结构简图如图N所示。当液流反向流动时，阀芯受力平衡表达式为：

                    pKAK-pAAK-FKM=pBA-pAA+FS+FM+W                 (4-1)

式中  pK——控制油压力；

    pA——反向出油腔油液压力；

    pB——反向进油腔油液压力；

    FM——锥阀的总摩擦阻力；

    FKM——控制活塞摩擦阻力；

    Fs——弹簧作用力；

    W——阀芯重力；

    AK——控制活塞面积；

    A——阀座口面积。

内泄式液控单向阀结构简图_带外部泄油口的内泄式液控单向阀结构简图

  由此可知控制油压力：

              pK=[pBA+ (AK-A)pA+FKM+FS+FM+W]/AK              (4-2)

该值是保证反向流动的控制油压力。当阀门关闭，油液反向流动停止时pA =0，

                   pK=[pBA+FKM+Fs+FM+W]/AK                   (4-3)

  该值是打开液控单向阀的最小控制压力，由溢流阀3（图M）调定后不变。

  由于系统中采用了单向节流阀调节液压缸下降速度，故油液反向流动时，pA>0。而控制油压力仍为溢流阀调定值，故阀芯受力平衡被破坏，阀芯左移使阀口关闭，出油反向流动，在反向出油腔中又产生背压，又使液控单向阀关闭，一关一开反复进行，活塞下降和停止断续进行，这样便产生了振动和噪声。

(3)故障解决方案

  ①方案I  提高控制油压力，提高溢流阀3的调定压力，补偿节流压力损失，使液控单向阀始终可以打开，但这样系统压力能损失太大。

  ②方案Ⅱ  选用带外部泄油口的液控单向阀，其结构简图见图O。

  从图中知，控制油压力为：

             pK=[pBA+(A1-A)pA+FKM+FS+FM+W]/AK             (4-4)

  式中，A1为A腔压力作用在控制活塞活塞杆上的面积。

  在结构上一般A10，亦能始终使液控单向阀打开，而不会开、关断续进行。

带先导阀的外泄式液控单向阀结构简图③方案Ⅲ  选用带先导阀的外泄式液控单向阀（见图P）。

如图P所示，由于B口进油压力较高，可采用先导阀预先泄压。在单向阀的锥阀芯中装一更小的锥阀芯b（有的是钢球），称先导阀芯（或泄压阀芯）。因该阀芯承压面积小，无需多大压力便可将它先行顶开，A、B两腔随即通过先导阀芯圆杆上的小缺口c相互沟通使B腔逐渐泄压，直到控制活塞将主阀芯推离阀座，使单向阀的反向通道打开。这样一来，控制油压力pK可进一步调小。

(4)改造效果

限于备件情况，采用方案Ⅱ。改造后，没有再出现单向阀打开、关闭断续进行的现象，消除了振动和噪声。

在进行系统设计选用有关元件时不但要了解其功能，还应清楚其结构类型，选用合适的液压元件。本例中除了解液控单向阀可作为液压锁的功能外，还需了解其结构，当系统需要有背压存在时，应选择带有外泄口的液控单向阀。