山东电力建设第二工程公司于1984年从国外购进了两台200t液压履带式起重机,使用十几年一直无故障发生。1996年11月在某电厂施工时,其中一台突然发生带载自由落钩现象,经及时分析处理,避免了人身和机械事故的发生。
1 起升系统的工作原理
该200t履带起重机的驱动系统为全液压开式工作油路,液压先导控制操作系统装有主副起升及主、副变幅4台卷扬机。卷扬机为液压马达驱动内置式行星齿轮减速传动,刹车为弹簧制动液压解除式多片盘式制动器。起升机构主要靠一个斜盘式轴向柱塞变量泵供油,其最高工作压力为32MPa,先导控制系统的工作压力为3MPa。
主钩起升动作:通过操作,使操作系统向C3a、b1-Ⅱ油路供操作压力油,则主副钩切换阀和主副钩卷扬机制动切换阀均处于直通位置,工作油路换向阀接通交叉通路,工作油进入主起升马达H侧。在b1-Ⅱ油路的油压达到0.7MPa时,连接在该油路上的压力触点开关动作,使一电磁阀向C2油路供操作压力油,松开主卷扬机刹车,主卷扬机随即做起升动作。起升时的最高工作压力设定为32MPa。
主钩降落动作:通过操作,使操作系统向C3a、a1-Ⅱ油路供操作压力油,工作油进入主起升马达S侧,同时工作油的另一路经过梭阀解除主卷扬机刹车,使主卷扬机得以实现降落动作,降落时的最高工作压力设定为7MPa。副钩起落动作:使C3油路供油,将主副钩切换阀和主副卷扬机制动切换阀均接通交叉通路,其它原理与主钩相同。当变幅机构和行走机构不工作时,另一台主工作油泵可以同时给起升机构供油,以实现起升机构的快速动作。
2 故障现象
故障发生在降落作业时,当负载降落需要停止时,在操作手柄回位过程中,当即将回到中位的瞬间,突然发生负载以自由落体的形式快速下降,下降时间很短,负载并非一直落到地面为止,在足够的离地高度时总会再次停在空中,期间并无剧烈的刹车声。发生此种故障的时间都在较寒冷的冬季早晨,尤其是在刚刚开始工作时的前几次操作中,而在工作一段时间后 即再无此现象发生。
3 故障产生的原因及处理方法
经分析,初步断定产生该故障可能有以下两种原因:
(1)泵送出的压力油中含有空气泡。
经过对吊车运转期间油箱内的液压油状态的观察和对油质的化验,发现其与以前未发生故障时的液压油状态并没有什么不同,油箱内的零部件无任何问题,而在更换了新的优质液压油后故障仍然发生,因此,可以断定问题并非出在液压油上。
(2)在降落动作结束时,马达回油路上的阀未能及时关闭。
分析液压原理图便知,在降落动作完成且操作手柄已回到中位时,如果马达回油路未能及时关闭,则马达进、回油路连通且都与油箱接通,即马达处于浮动状态,因而重物会自行下降。马达排量固定,回油路油管内也是充满液压油,为什么会出现重物自由降落现象呢?问题关键在于此时马达的进油路一侧。如果此时马达吸进的油量足够,则重物会以正常的最大工作降落速度下降,而实际上此时马达是从油箱和回油路中吸油,由于马达远离油箱和油管内径所限,油箱中的滤清器对吸油造成的阻力等,根本不能满足马达正常运转所需的流量,因而在进油侧就会形成负压而产生真空,马达因此而失速,导致了重物的自由降落现象(正常的降落动作中,由于有平衡阀的作用,马达进油一直保持7MPa的压力)。
现在分析一下为什么会产生回油路不能及时关闭的现象。工作油路上的三位六通换向阀的阀芯为整体的刚性结构,进回油口不会出现不同步启闭的可能,因此问题只能出在两位两通换向节流阀和单向阀组块上。由于在出现负载自由降落时并非都一直降落到地面为止,而是在瞬间的降落后又能停在空中且又无刹车的声音,因此可以断定并非是单向阀和节流阀阀芯被卡住,否则,负载会一直降落到地面为止,或能听到剧烈的刹车声。
因而,问题就出在两位两通节流换向阀和双向阻尼阀组块中。下面分析一下该阀组的作用导致故障的原因。
在进行降落动作时,压力油中的一路进入马达进油侧;另一路连通双向阻尼阀,经单向阀和阻尼阀Z对阀芯施压,使节流口逐渐开启,即接通马达的回油路,由于阻尼阀Z的作用,负载开始平稳地下降。下降过程中当进油压力小于7MPa时,在弹簧的作用下会关小节流口以保证进油压力恢复到7MPa。在下降动作停止时,进油压力消失,在弹簧的作用下将节流口关闭,由于有阻尼阀R的作用,负载平稳地停止降落。由此可知问题的关键就在阻尼阀R,在负载停止降落时,压缩弹簧的压力油经一单向阀和阻尼阀R泄压。R的开口太大,起不到阻尼作用,负载骤然停止会对吊车产生冲击;R开口太小,泄压时间过长,即回油路关闭迟缓,就会产生本文所谈及的自由落钩现象,如果液压油的粘度过大,R的阻尼作用就越大,发生此种现象的可能性就更大,这就是为什么在寒冷的冬季早晨发生故障的几率大的原因。
R的开口在出厂时已调定好,使用中不能随意调整。但可能由于十几年的使用或者某种偶然的因素致使R的开口变小,从而导致了故障的发生,在将R开口调大后