姓名：彭俊杰 性别 ：男 工作单位：国投曹妃甸港口有限公司 电话：15930511089 通讯地址：河北省唐山市唐海县 滨海大街 海港公寓 7-1-401 彭俊杰 夹轮器液压系统蓄能器皮囊破损故障原因分析与改进 国投曹妃甸港口有限公司 卸车部 彭俊杰 一、夹轮器的简介【1】 夹轮器是煤炭、矿石等港口翻车机系统的配套设备之一，起着夹持车辆、防止车辆溜动的作用。夹轮器由曲拐装置、夹轮板、夹钳、液压系统、检测装置等构成，其中液压系统给夹轮器提供动力，由液压缸驱动曲拐装置，曲拐装置带动夹轮板和夹钳装置运动。夹轮器夹板对称布置，因其作用力方向相反，形成夹轮器的夹紧与松开。在国投曹妃甸港口有限公司起步工程的两套翻车机系统中，共用到八套夹轮器，每条线装配四套，分别位于翻车机系统的出口与入口。 二、夹轮器液压系统工作原理及特点 该系统采用高压、小流量恒压变量泵，系统压力由变量泵的控制阀调定。恒压泵的压力一旦设定，在其控制范围内，压力恒定，而液压泵仅提供系统所需的油量。为了提高油缸的动作速度，系统采用了蓄能器的快速运动回路。当液压缸不动作，系统压力达到顺序的设定压力时，变量泵向蓄能器充油。当电液换向阀向左或向右换向，液压缸工作，夹轮器进行夹紧或松开时，变量泵和蓄能器同时向液压缸供油，使其实现快速运动。 夹轮器系统中所用到的蓄能器是德国贺德克（HYDAC）公司生产的皮囊式蓄能器，其公称容积为30L，设计预充压力为61.5bar。与活塞式、重锤式、弹簧式等其他形式的蓄能器相比，皮囊式蓄能器具有维护容易、附属设备少、安装容易、充气方便、胶囊惯性小、反应灵敏等优点，广泛应用于各种大小型液压系统。 皮囊式蓄能器由耐压壳体、弹性气囊、充气阀组件、菌形阀组件、油口等组成。蓄能器由胶囊、壳体分为气液两个腔室，胶囊内充氮气，胶囊与壳体组成的腔室充液压油。当液压油进入蓄能器壳体时，胶囊内气体体积随压力增加而减少，从而使液压油储存起来。若液压系统需增加液压油，则蓄能器在气体膨胀压力推动下，将液压油排出给以补充，以达到稳压、补漏的作用。 需要说明的是，为了防止蓄能器释放时，皮囊膨胀撞击菌形阀，系统达到最低压力时，皮囊和油阀之间应留有少量油液（一般为蓄能器皮囊容积的10%）【2】。 三、夹轮器液压系统蓄能器出现的问题、分析及改造方案 自2011年4月份始，八套蓄能器相继出现皮囊破损现象。更换新皮囊，按原始设计预充压力值（61.5bar）充氮气，投入使用不到1个月时间，又有几套蓄能器皮囊出现同样问题。对破损的皮囊进行观察统计，发现有95%以上的破损皮囊于底部偏上约5cm的部位呈半括号状撕裂。 众所周知，造成皮囊破损的原因有皮囊材质与介质不相容、介质内混有杂物、壳体内表面不光滑、充压操作不规范、预充压力选择不合适、蓄能器动作过于频繁等。其中，85%以上的皮囊损坏是由皮囊底部与平托频繁撞击造成，而皮囊底部与菌形阀撞击正是由蓄能器预充压力选择不合适导致的【3】。皮囊式蓄能器的预充压力要低于其所在系统的最低压力，一般为最低压力的70%至90%。在现场进行模拟比对，当皮囊底部撞击菌形阀时，自底部向上约3-6cm部分皮囊易受平托与防泄漏胶环挤压。 经现场测量，八套夹轮器的最低工作压力与其蓄能器预充压力分别如表1： 单位：bar 位置参数 CD1入口1号 CD1入口2号 CD1出口1号 CD1出口2号 CD2入口1号 CD2入口2号 CD2出口1号 CD2出口2号 P0 61.50 62 61 62 61.50 60 63 59.50 P1 58 55 54.60 56.80 54 62 67 60 P0 ：蓄能器预充压力 P1 ：系统最低工作压力 观察可知，每套蓄能器皮囊的预充压力都高于系统最低的工作压力的90%。通过对各液压系统最低工作压力进行横向对比发现，系统的最低工作压力相差也较大。经过对液压泵、油缸等元件的检测，发现都存在一定的内泄情况。由此分析可知，随着系统各元件的磨损，各系统的液压泵、油缸与阀件的内泄率增大，导致该系统的最低工作压力降低，而蓄能器皮囊的预充压力始终未变，当蓄能器皮囊预充压力高于系统最低压力后，出现皮囊底部撞击菌形阀现象，最终造成皮囊的损坏。根据各夹轮器的实际工作情况，对其蓄能器预充压力进行了调整。另外，该地区夏季温度高达50℃，而冬季油温低达到-10℃。考虑到皮囊工作环境季节温度变化较大，根据温度对预充压力影响公式【4】， P0，to= P0，tmax× P0，tmin= P0，tmax× t0 —— —— —— 预充气体温度，（℃） tmax—— —— —— 最高工作温度，（℃） tmin—— —— —— 最低工作温度，（℃） P0，to —— —— —— 设计温度时预充压力，（bar） P0，tmax —— —— —— 最高温度时预充压力，（bar） P0，tmin —— —— —— 最低温度时预充压力，（bar） 取现场实际最高温度tmax=50℃，最低温度tmin= -10℃，最终得到各夹轮器蓄能器预充压力值，见表2。 单位：bar 位 置 季节 CD1入口1号 CD1入口2号 CD1出口1号 CD1出口2号 CD2入口1号 CD2入口2号 CD2出口1号 CD2出口2号 冬、春 42.50 40.30 40 46.10 54 40 49.10 44 夏、秋 52.20 49.50 49.10 51.10 61.50 48.60 60.30 54 其次,在蓄能器充压不足的情况下对其进行操作，皮囊充压、释放过于频繁，也是造成皮囊破损的主要原因。为了杜绝这种不正确的操作方式，同时保证蓄能器充分充压，对夹轮器的控制系统进行了改进。经计算和现场验证，液压泵启动后、夹轮器第一次动作前，蓄能器需要大约50秒钟的充压时间。相邻两次动作时，蓄能器需要30秒钟的充压时间。 新程序中增加了一个延时继电器“TON”，延时时间为60000毫秒，即60秒。当液压泵启动60秒后方能对其进行夹紧、打开操作，防止启泵后，夹轮器第一次动作时蓄能器充压不足就释放的现象发生。 另外为了防止夹轮器相邻两次动作时间间隔过短、蓄能器冲压不足，在夹轮器PLC控制程序中增加了另一个延时继电器“TON”，延时时间为30000毫秒，即30秒。夹轮器夹紧信号或者松开信号发出后，需要经过30秒才能进行打开或者夹紧操作。 通过对夹轮器PLC控制程序的改进，既保证了蓄能器得到充分的充压时间，又约束了对其操作的频次，使其寿命得到一定的延长。 第三，为了降低蓄能器高压油释放速度，根据每套夹轮器实际情况，对各夹轮器的调速阀进行适当调整，在保证不影响翻车作业效率的情况下，尽量降低蓄能器释放速度，以减小皮囊受到的惯性冲击。 经过以上改进后，各夹轮器的蓄能器皮囊再未出现破损情况。此次改造，为公司节约50万多元资金，同时降低了夹轮器设备故障率，保证了翻车机卸车作业的正常进行。 参考文献： 【1】 明道礼等 翻车机夹轮器发热问题的分析与改进【J】. 液压与气动 ，2010（12），11-13 【2】 贺德克皮囊式蓄能器样本，E3.203.0/02.05 【3】 马雅丽，黄志坚 蓄能器实用技术，32-33 【4】 雷天觉 新编液压工程手册 下 1774-1778 题目的英文翻译：The mprovement of the accumulator working in wheel clamp’ hydraulic system 姓名：彭俊杰 性别 ：男 工作单位：国投曹妃甸港口有限公司 电话：15930511089 通讯地址：河北省唐山市唐海县 滨海大街 海港公寓 7-1-401 彭俊杰 063200
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