蔡 宏 胡 俊 朱曉冬（中車大連機車車輛有限公司，遼寧 大連 116021）

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6000kN水壓機的改造

蔡 宏 胡 俊 朱曉冬
（中車大連機車車輛有限公司，遼寧 大連 116021）

摘 要：對公司6000kN水壓機進行改造，采用了現(xiàn)代傳動和控制技術以及現(xiàn)代分析方法，使其功能和特性達到現(xiàn)代同類設備技術水平，并在減輕工人的勞動強度、提高設備的維修性、可靠性、安全性，減少故障率，提高生產(chǎn)效能等方面體現(xiàn)出特點。

關鍵詞：水壓機；油壓機；液壓系統(tǒng)

6000kN水壓機為三梁四柱式，主要用于各種機車的構架、側架、變壓器箱等板材成型，現(xiàn)已使用了28年。設備不僅存在結構陳舊、故障率高等問題，而且由于設備采用水作為動力的介質，使全套設備占地面積大，能耗高，管路復雜，維修、維護困難，且動力系統(tǒng)配件采購困難，特別是采用的充液貯罐屬于壓力容器，國家規(guī)定壓力容器必須每年進行檢測、檢驗，使用成本較高，需要進行合理改造。

一、水壓機存在的問題

1.機械部分

（1）下橫梁上平面、活動橫梁下平面、工作臺上下平面長期使用磨損較嚴重，精度喪失。

（2）4根立柱、導向銅套長期使用表面拉傷、磨損嚴重。

（3）移動臺柱塞液壓缸使用頻率高，密封件嚴重老化。

2.電氣控制系統(tǒng)部分

（1）配電柜及電氣元件、電纜線長期使用老化嚴重，安全隱患較大。

（2）水泵電機、所用電氣元器件基本淘汰，控制方式落后，故障點難以查找。

二、改造方案

為了控制改造成本和改造周期，改造方案中保留水壓機的主體，包括上、下橫梁，活動橫梁，3個主液壓缸，2個提升缸及活動工作臺。主要改造措施包括將工作介質由水改為油，即將水壓機改為油壓機，降低能源消耗。機械方面的問題，如工作缸、提升缸、立柱、立柱導套、活動橫梁等進行修理，達到要求的精度。對液壓、電氣控制系統(tǒng)進行重新設計制造。控制方面采用PLC可編程控制，配備觸摸屏，實現(xiàn)油壓機傳動的自動化控制，提高設備整體技術性能和自動化程度，提高產(chǎn)品質量和勞動效率，降低生產(chǎn)成本的改造目的。改造后的設備與現(xiàn)在生產(chǎn)線上的同類設備在一個技術水平上，達到減輕工人勞動強度、提高設備的維修性、可靠性、安全性，減少故障率，提高生產(chǎn)效能的目的。

三、液壓系統(tǒng)設計

本次改造的重點是液壓系統(tǒng)，液壓機改造后要滿足機械性能指標，主要取決于液壓系統(tǒng)的性能。另外，液壓機的控制系統(tǒng)和安全保護裝置功能的實現(xiàn)也要與新設計的液壓系統(tǒng)相匹配。

1.主要技術參數(shù)

壓力機公稱壓力為6000kN，單個主液壓缸壓力為2000kN（共3個缸），液體最大工作壓力為20MPa，油箱容積為：2.2m3，活動橫梁最大行程為1200mm，空程下行快進速度90mm/s，工作行程速度5mm/s，回程速度90mm/s。主缸直徑為360mm，提升缸直徑為170mm。

2.液壓系統(tǒng)原理圖

液壓系統(tǒng)采用二通插裝閥集成塊，其特點是響應速度快、通油能力大、流阻小等，同時工作可靠、便于維護修理。液壓系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

圖1　液壓系統(tǒng)原理圖

3.液壓系統(tǒng)控制分析

（1）快速下行。

當YV1、YV2、YV3、YV6得電時，兩泵同時向中間液壓缸注油（排量320L/min），推動上工作臺、3個柱塞缸和滑塊快速下行，充液閥自動向中間液壓缸補油，兩側兩個液壓缸內形成負壓，充液閥自動打開向兩側兩個液壓缸內注油。當YV5得電時，兩側提升缸內油經(jīng)閥F3和F10流入油箱，調節(jié)閥F3可控制回油量大小，控制下降速度90mm/s。

（2）慢速下行。

當YV2、YV10、YV5、YV6得電時，一泵向中間工作缸注油，充液閥關閉不能向液壓缸注油，因為提升缸的回油受到閥11控制上滑塊須靠中間液壓缸有一定的壓力才能下行，滑塊下行速度完全靠進油量大小來控制而定。

（3）微動下行。

當YV2、YV10、YV5、YV6、YV8得電，3個工作缸同時進油，系統(tǒng)的2個充液閥不能自動打開，活動橫梁全由進油量得大小來控制下行。

（4）工進機床工作壓力。

當YV1、YV2、YV5、YV6得電時，中間工作缸單獨工作時，機床工作壓力2000kN，YV8得電3個液壓缸工作時，機床工作壓力為6000kN。

（5）回程。

YV9得電實現(xiàn)壓力預卸，YV4、YV7得電，兩側提升缸進油，充液閥打開主液壓缸回油箱。

4.液壓泵和電機的選擇

為了使系統(tǒng)壓力達到20MPa的工作壓力，工況快進時所需的流量最大，由公式結合工作性質，選用了最大壓力為31.5MPa的160YCY14-1B壓力補償變量柱塞泵，排量160ml/r；額定轉速1000r/min；容積效率92%，其流量160L/min，兩泵同時工作時流量320L/min。而工作缸實際需要的流量最大為，由此知雙泵供油嚴重不足，工況快進無法實現(xiàn)。為了使液壓機能夠正?？爝M，在液壓系統(tǒng)中設計補油油箱。補油箱的尺寸為600mm×2600mm×1100mm。為了節(jié)省空間將補油箱安裝在設備主體上橫梁上方。工作缸和提升缸是液壓機的執(zhí)行件。各自工況的工進、快進、回程速度不同，工作缸和提升缸所消耗的功率不同。電動機額定功率由消耗最大的工況的功率來計算，比較主工作缸、提升缸各工況所需功率，主工作缸工進時的功率最大，最大功率為35kW。由于液壓泵通常在空載下啟動，對電動機的啟動轉矩要求不是很高，負載變化不大，啟動頻率低，本設計采用三相異步電動機，同時Y系列電動機是國家頒布的節(jié)能產(chǎn)品。選電動機型號為Y250M-6，額定功率37kW；轉速為980r/min。

另外，本液壓系統(tǒng)配有獨立的油溫水冷卻裝置和加熱系統(tǒng)。液壓機一般工作油溫在15～55℃之間?？梢宰詣訄缶蛿?shù)字顯示，油溫超過45℃時報警，超過60℃時機器自動停止工作。液壓系統(tǒng)設有獨立的過濾系統(tǒng)，能夠確保工作油液的清潔度，過濾精度選定10～20μm。

四、設備的調試

1.準備工作

（1）試車前從空氣濾清器注油口，注入潔凈的NASII級，YB-N46號抗磨液壓油，油注滿至油箱上油標刻度位置。

（2）按液壓原理動作檢查液壓系統(tǒng)各元件手柄位置是否正確。

（3）檢查液壓系統(tǒng)各連接部件，確保各連接件無松動避免出現(xiàn)漏油等現(xiàn)象。無疑義后啟動試車。

2.設備試車

（1）按液壓原理動作說明，啟動電機后，進行空負載循環(huán)，觀察油箱內油是否正常循環(huán)，等空轉正常后，再操作相應按鈕，使主液壓缸在規(guī)定的行程內上下、前后運行若干次，各動作轉換過程中檢查各電磁鐵及閥的動作是否靈活可靠，各密封處、管接頭是否有滲漏。

（2）負載試車前在工作臺上放好承壓的金屬塊，先調系統(tǒng)工作壓力，調節(jié)高壓泵電磁溢流閥，漸漸升壓，從5MPa，直到最大工作壓力25MPa，低壓泵溢流閥調至2.5MPa，在負荷運轉過程中，應隨時檢查各管接頭及密封處是否滲漏，若發(fā)現(xiàn)有滲漏，應立即停機檢查，禁止設備運行時進行。

（3）上述動作正常無誤后，按液壓原理動作說明進行動作操作，進一步檢查液壓及電器，元件工作的靈敏可靠性及平穩(wěn)、無噪聲，隨后全面的按合格證明書檢查設備的質量及主要技術規(guī)格，全部正常后可投入使用。

3.調試中的問題及解決

（1）泵的噪聲、振動過大。

分析原因是液壓系統(tǒng)裝配時，加注液壓油過程中未對泵進行排空，導致有空氣被困在泵的工作容積內，當系統(tǒng)壓力上升時，空氣的體積變化導致泵不能連續(xù)穩(wěn)定的工作。拆卸泵的出油管接頭進行排氣后，泵工作正常。

（2）溫升過高。

調試過程中因為液壓系統(tǒng)的卸荷時間過短，導致液壓系統(tǒng)短時間內反復工作，系統(tǒng)散熱時間不足。

通過調整液壓系統(tǒng)卸荷時間，使系統(tǒng)溫升達到要求的范圍。

（3）管件漏油。

調試過程中發(fā)現(xiàn)管路振動大，導致密封件損壞，出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。在振動大的管段增加管路固定點，抑制管路振動，并更換密封件，問題得到解決。

五、結語

該設備改造使用近6個月以來，出現(xiàn)的故障少；操作使用方便；大大節(jié)省了勞動力，提高了生產(chǎn)效率。改造的效果比較好，設備的主要技術性能指標達到了預期的要求。另外本論文的改造案例對以后老式水壓機的改造有一定的參考價值。

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中圖分類號：TG375

文獻標識碼：B

文章編號：1671-0711（2016）03-0062-03

收稿日期：（2016-01-18）