单位文秘网 2021-07-06 08:08:07 点击: 次
摘要:本文介绍了液压升降台的爬行故障特征、通过液压系统产生爬行故障的原因分析及排查,提出了防止升降台液压爬行故障的主要措施。
关键词:液压升降台 爬行 液压油污染
液压升降台是中石化长岭炼化公司7万吨/年聚丙烯装置中ZM型全自动码包机上的一个组成部分,用来升降托盘,使袋装物品在码垛过程中,每一层以适当的落差下降。当码垛完毕时,将满托盘在输送机上输出。液压升降台的液压系统如图1所示,由液压缸驱动,在电气和机械装置的配合下,可以实现连续上升和间歇下降的自动工作循环。
液压升降台上升速度:0.23m/s;下降速度:0.16m/s。由于升降台的运动速度不是很低,从理论上讲,运行中应不会出现爬行故障。但该升降台在实际运行一年后,却出现爬行故障。
1 爬行的理论分析
所谓爬行是指执行机构在低速下运行时出现的时断时续的运动现象,此现象属不正常运动状态。轻微时出现目光不易察觉的振动,影响系统的稳定性;严重时将出现大距离的跳动,甚至使执行机构无法运动。
根据液压系统的特点,爬行的物理模型如图2所示。它表示一个质量为m的从动件2被速度为v的主动件1推动,并沿着固定平面作低速运动。中间的传动件可假想为一根刚度系数为K的弹簧,它反映接触表面间的复杂摩擦状态。传动件间的粘性阻尼系数为r1。
设从动件2与平面间的动摩擦速度特性在低速时为线性关系,则从动件2的速度方程如下:
(1)
式中:v——主动件1的运动速度;
ξ——阻尼比;
ωn——系统的固有角频率;
t ——运动时间;
A ——运动均匀系数。
由式(1)看出,从动件2的运动速度■包括两部分,即恒定分量v和振动分量。
如果从动件2开始运动后,它的速度始终为正,那么它在运动中就不可能停顿下来。因此,不出现停顿的条件是■>0。由(1)式应有:
(2)
当系统的K和m一定,ωn就是一个定值;而ξ一定时,从(2)式看出,影响爬行的因素是运动均匀系数A。
A=■ (3)
式中:△F——静动摩擦力之差。
在出现停顿的极限情况时,必定对应着某个阻尼比ξ的极限值。
当ξ很小时,Ac≈■(4)
由(3)式可知,当△F、K和m一定,如A达到临界值Ac,则速度v亦达到临界速度vc,即:
vc=■(5)
将(4)式代入(5)式,得到临界速度:
vc=■=■(6)
式中: N—— 支承面上的正压力;
Δμ—— 静动摩擦系数之差;
若正压力仅为运动件的质量,则N=mg,其中g为重力加速度,此时(6)式又可写成:
vc=■(7)
要想不产生爬行现象,其运动速度必须大于临界速度,即v>vc。
由(7)式可知,影响爬行的因素有静动摩擦系数之差Δμ、刚度系数K、质量m和阻尼比ξ。
由(7)式亦可算出已定系统的临界阻尼比ξc:
ξc=(■)2·■(8)
同样,若系统的阻尼比ξ的值大于临界阻尼比ξc,便不会产生爬行。
2 液压升降台爬行原因分析
2.1 液压升降台爬行故障特征
液压升降台爬行故障特征是:液压升降台正常运行一年后,在上升时开始出现振动(手指触摸时有颤抖振),经观察发现升降台爬行,压力计指针波动较大。因工作人员对液压系统的故障了解不多,没有认识到爬行故障的严重性,因此未及时查找原因并排除爬行故障。几天后,液压升降台不能起升,系统压力略高于大气压,致使全自动码包机停工,造成了较大的经济损失。
2.2 液压升降台爬行原因分析
从液压升降台的液压系统图(图1)中可知,液压升降台上升为进油节流调速,下降为回油节流调速。升降台液压系统的阻尼比ξ为:
(9)
式中:V——液压缸进油腔的容积;
S——液压缸活塞有效作用面积;
Ey——油液的有效体积弹性模量;
λ——液导(λ=■,R——油液流动时的液阻)。
△F——摩擦面阻力的变化;
m——液压缸活塞及活塞杆质量。
液压升降台的临界阻尼比ξc为:
ξc=(■)2·■ (10)
式中:Δμ——静动摩擦系数之差;
K——系统的刚度系数;
g——重力加速度;
v——液压缸(升降台)的运动速度。
根据爬行理论分析,只要液压升降台的实际阻尼比ξ小于其临界阻尼比ξc,就会产生爬行。
由(9)和(10)式知,在液压系统确定的情况下,影响系统阻尼比 的因素有传动系统的刚度(E)、摩擦面阻力的变化(ΔF)和系统的液阻(R)。
2.2.1 传动系统刚度引起的爬行
液压升降台传动系统的刚度由两部分组成:传动介质的可压缩性(Ey)和机械部分的刚度(K′)。
①传动介质的可压缩性(Ey)
在液压系统中,由于压力变化引起液体体积的变化量一般很小,液压油的可压缩性对液压系统性能的影响不大,不会使液压缸产生爬行。但液压系统混入空气后,因空气的可压缩性很大,使液压油的有效体积弹性模量Ey大大降低。根据(9)式,在其它因素不变的条件下,Ey的降低将导致系统阻尼比ξ的减小。当ξ<ξc时,就产生了爬行。
液压系统混入空气有两种情况:
a运行中空气进入系统
液压系统运行时,由于液压泵吸油口有一定的真空度,可能会连续吸入空气。其故障特征是:压力计显示值较低,压力升不高;液压缸工作无力;油箱内气泡严重,甚至出现油液发白及尖叫声。
b液压系统内存有空气
液压系统停止运行时,系统内油液漏掉而使系统内外形成压差,外部空气乘虚而入,系统再运行时就产生爬行。
这类故障的特征较明显:液压缸到达终点或停止前产生爬行,有时伴有振动和噪声;泵供油正常,升压也较正常;油箱内气泡较少或无气泡。
②机械部分的刚度(K′)
液压升降台的动作循环为:上升→停留→下降1→停留→下降2→停留→……→下降8→原位停止。其间歇下降由液控单向阀6和三位四通电磁换向阀4实现。较大的液压冲击,易将系统各连接部位的螺栓振松,使机械部分的刚度(K′)降低,亦即系统的刚度(K)降低。由(10)式知,K的降低将使系统的临界阻尼比ξc增加(其它因素不变时),当ξc>ξ后,升降台会产生爬行。
综上述,根据液压升降台爬行故障的特征,可以判断爬行故障不是由传动系统刚度引起。
2.2.2 摩擦阻力变化引起的爬行
在液压升降台系统中,摩擦力主要是升降台导轨的摩擦力和液压缸内密封件的摩擦力。由于摩擦力F=Nμ,当正压力N一定时,F的大小决定于摩擦系数μ。而μ的数值决定于摩擦表面的粗糙度、摩擦面材料的性质、摩擦面间的润滑条件及相对运动速度等。
图3表示了在纯干摩擦条件下,摩擦系数μ与速度v的近似关系。当两摩擦面停留一定时间后,摩擦系数为μ1,一旦有运动,摩擦系数立即降为μ0,并且不随速度v的变化而变化。
图4表示两摩擦面为液体润滑时,摩擦系数μ随速度( )的变化规律。
图上从1至2时,相对图2从μ1到μ0的情况。由于物体静止时,两滑动面间的润滑油被挤出(或流出),呈干摩擦或近于干摩擦。而当物体运动后,润滑剂不断增加,两滑动面间由干摩擦转化为半干摩擦,直至速度增加到点3,完全转化为液体摩擦。因此在这个过程当中,摩擦系数μ降低,而Δμ增加。自3到4摩擦系数μ将随速度的增加而加大,Δμ会减小。
由上知,当滑动面处于干及半干摩擦交替变化过程时,Δμ增加。从(10)式可知,Δμ增加,临界阻尼比ξc也增大(其它因素不变时)。当ξc>ξ后,升降台会产生爬行。此时压力计显示值正常,用手触检升降台有轻微摆振且节奏感很强。
综上述,根据液压升降台爬行故障的特征,可以判断爬行故障也不是由摩擦阻力变化引起。
2.2.3 液压油污染引起的爬行
液压油是液压系统的传动介质,其污染是指工作油液中有水、固体、硬性物质及橡胶状粘着物等。液压油的污染度一旦超过标准规定值,其污染物便会堵塞控制元件的节流口或阻尼小孔,使节流口(阻尼小孔)的过流断面积AT减小。
由(11)、(12)和(13)式可知,节流阀的节流口堵塞后,由于节流口过流断面积AT减小,将使节流口出口流量(即液压缸进口流量)减小,液阻R增大,液压缸(升降台)运动速度降低,临界阻尼比ξc增加(其它因素不变时),当ξc>ξ后,液压升降台便产生爬行。而液阻R的增大,使液导λ减小,根据(9)式,系统的实际阻尼比ξ会减小,当ξ<ξc时,液压升降台亦产生爬行。
节流口(阻尼小孔)堵塞引起的爬行有很强的规律性[节流口(阻尼小孔)会时堵时通],若堵塞严重,液压缸则无进油,升降台不能起升。此时,系统压力为溢流阀的调定压力。
此外,液压油污染后,污染物不仅会堵塞节流口(阻尼小孔)引起爬行,还会加速元件的磨损,增加内泄漏,使泵的出口压力ps(即系统压力)下降。由于Δp=ps-p(p——液压缸入口压力),Δp将随着ps的降低而降低。根据(11)、(12)和(13)式同理可知,Δp的降低也会引起升降台的爬行。若元件磨损严重,内漏会导致升降台不能起升。此时,系统压力很低,趋于大气压。
综上述,针对液压升降台爬行故障特征,可初步判断产生爬行的主要原因是液压油的污染。
3 故障排查
由于液压系统的密闭性和多信息模式,使得液压故障的排查过程比较复杂。为避免大量地盲目拆卸,提高消障效率,可依据液压系统原理图(图1)来排查升降台的爬行故障。从原理图可知,升降台上升的进油路为:过滤器1→液压泵2→换向阀4→单向节流阀5(节流元件)→液控单向阀6→单向节流阀7(单向元件)→液压缸8大腔。液压泵输出的多余油液经溢流阀回油箱。
在系统的元件中,单向节流阀的节流口及溢流阀的阻尼小孔易被油污和杂质附着,使通过节流阀的液阻增加,流量减小,升降台的运动速度降低。压力波动又将污物从节流口或阻尼小孔冲走,使通过节流口的流量又增加,升降台的运动速度加快。如此反复,造成爬行故障。而换向阀、液控单向阀和溢流阀中的阀芯经常移动,易磨损。由于单向阀阀芯和溢流阀中的先导阀芯与阀座为圆锥配合,磨损后一般不会影响其配合性质。而若换向阀和溢流阀中的滑阀芯与配合孔磨损,则会引起内漏,使系统建不起压力。从故障特征和元件的结构特点看,可排除溢流阀的内漏。
打开油箱、拆卸换向阀并解体后发现:过滤器1已脱落,油液污染严重;换向阀配合处严重磨损。更换油液、过滤器和换向阀,清洗系统各元件后,故障消除,系统恢复正常。升降台爬行故障的顺利排除,证明系统爬行故障的主要原因就是油液的污染。
4 爬行故障的诊断流程及防止措施
为防止爬行故障引起的全自动码包机停工事件的再次发生,基于液压升降台运行速度及产生爬行故障的原因,提出爬行故障的诊断流程及防止爬行的主要措施,分别是:
4.1 液压升降台爬行故障诊断流程
4.2 防止爬行故障的主要措施
4.2.1 注意液压油的污染和净化
①改进油箱结构
使油箱封闭严密,无灰尘等杂物进入油箱;在油箱内设隔板,以利于沉淀固体物;在管路中设取样口,以便于使用过程中抽检。
②采用干装配方式
系统检修后,所有元件必须采取干装配方式进行装配。装配后,选择与工作介质相容的冲洗介质认真清洗。清洗时的流速应能使清洗液处于紊流状态。
③在系统中增设冷却器(见图5),使油温低于60℃,防油液氧化变质。
④加强现场管理,滤除系统污物,防止外界污染物侵入系统。如定期对油液取样化验,定期清洗滤芯、油箱和管道,建立严格的油料管理制度等。
4.2.2 提高系统刚度
随时观察系统的工作状况,以保证机械系统的刚度。同时,要特别注意防止油液中混入空气并及时排除。
4.2.3 减小静动摩擦系数之差
改变摩擦性质,由干或半干摩擦变为液体摩擦,使静动摩擦系数之差减小;也可在摩擦表面上镶装、喷涂或粘贴减摩材料铜或聚四氟乙烯,减小摩擦副的静动摩擦系数之差。
4.2.4 增大系统的阻尼比
可在系统中增加阻尼装置或在摩擦表面间使用粘性大的润滑油来增大阻尼比。
此外,选用性能良好的元件;防止系统振动;改进系统中管路、密封等装置,都能减小或消除爬行。
参考文献:
[1]李新得.液压系统故障诊断与维修技术手册[M].北京:中国电力出版社,2009.
[2]章宏甲,王积伟.液压与气压传动(第二版)[M].北京:机械工业出版社,2009.
[3]官忠范.液压传动系统(第三版)[M].北京:机械工业出版社,2004.
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