C7050塔式起重机液压顶升系统故障浅析--最后版.doc

C7050塔式起重机液压顶升系统工作原理分析2008级液压与气动技术专业 安宁昆钢(650302) 焦晓超摘要:本文阐述了塔式起重机顶升装置所采用的液压传动系统的组成、各液压元件的功能以及工作原理,并概述了液压顶升系统的使用、维修及常见故障的处理方法。关键词:塔式起重机 液压顶升系统 工作原理 故障 文献标识码: B前言塔式起重机是动臂装在高耸塔身上部的旋转起重机。作业空间大，主要用于房屋建筑施工中物料的垂直和水平输送及建筑构件的安装。由金属结构、工作机构和电气系统三部分组成。金属结构包括塔身、动臂和底座等。工作机构有起升、变幅、回转和行走四部分。电气系统包括电动机、控制器、配电柜、连接线路、信号及照明装置等。 塔式起重机(简称塔机)。其液压顶升系统通过对顶升和下降塔吊回转以上部分来实现增加或减少标准节，使塔吊能随着建筑物高度的变化而升高或降低，从而满足不同高度建筑物的垂直运输需要。(见附图1)液压顶升系统比之于机械传动的顶升系统具有：机构简洁、体积小、重量轻，便于灵活布置；承载能力大，且易于实现过载保护；动作平稳、冲击小、噪声低；操作控制简单方便，但液压顶升系统也存在一些缺点，较为突出的是：对元件的密封性要求较高，系统易产生泄漏；系统出现故障，分析确认、排除修复难，对人员素质即使用和维修的技术水平相对要求高。液压顶升系统在塔机使用中起着十分重要的作用。顶升过程中常出现的主要故障有顶升速度下降、自动下滑、顶不动等。这不仅影响了系统的可靠性、经济性，严重时可能出现倒塔的恶性事故。1.C7050塔式起重机液压顶升系统简介1.1C7050塔式起重机简介该机是目前国内最大型的建筑用塔式起重机,通过更换不同的部件及辅助装置,可获得固定式、行走式、附着式、内爬式四种工作方式,广泛适用于工业及民用建筑、电站、港口以及大型设备安装。该机借鉴了中外塔式起重机的先进技术,其主要技术特点为：臂架截面19001600mm,正三角分布,双吊点,侧向稳定性及受力情况好;回转支承采用三排柱回围齿圈,承载能力增强,提高了可靠性;标准节采用2.52.5m断面,主弦为圆钢,适用于现代建筑施工的需要,底盘采用十字交叉结构,大断面宽翼缘结构,计算机优化处理,重量轻,起升、小车、回转、行走四大机构分别采用70RCS(120LMD50)、15DPC8、OMD85等目前世界上先进塔式起重机普遍使用的机构1.2液压顶升接高的全过程是： 移动平衡重，使塔身不受不平衡力矩，起重臂就位，朝向与引进轨道方位相同并加以锁定，吊运一个塔身标准节安放在摆渡小车上; 顶升; 定位销就位并锁定，提起活塞杆，在套架中形成引进空间; 引进标准节; 提起标准节，推出摆渡小车; 使标准节就位，安装联接螺栓; 微微向上顶升，拔出定位锁使过渡节与已接高的塔身联固成一体。1.3 C7050塔机液压顶升系统任务塔机的液压顶升系统通过对顶升和下降塔吊回转以上部分来实习增加或减少标准节，使塔吊能随着建筑物高度的变化而升高或降低，从而满足不同高度建筑物的垂直运输需要。1.4 C7050塔机液压顶升系统元件及其功能（见图2）1.4.1泵泵按压力高低的不同可以是叶片泵、齿轮泵和柱塞泵。其中叶片泵压力最低,柱塞泵压力最高。最常用的是齿轮泵, C7050塔机液压顶升系统采用的液压泵是CB-G型齿轮泵，CB为齿轮的代号，G为固定的轴向间隙，工作压力为2829MPa。1.4.2溢流阀液压油从油箱经过泵加压以后,首先要布置一个压力表显示压力,同时也要有个溢流阀来控制系统最高压力。溢流阀也叫安全阀,它有一个辅助接口使阀芯能在高压油推动下移动,从而接通主通道,使压力油再回油箱。产生溢流压力的大小由人为调节,这样就可以保护泵不至于在过高的压力下工作。1.4.3换向阀在顶升回路里,换向阀一般采用三位四通的手动换向阀。顶升液压缸是双向可逆的,其中没有活塞杆的一端叫油缸大腔,有活塞杆的一端叫油缸小腔。所谓三位是指换向阀有三个操作位置,即中间位、左位和右位。当处于中间位时,进油口与回油口直通,高压油直接回油箱,活塞不动作。当打入左位置时,进油口通油缸无杆腔,回油口接油缸有杆腔,油缸缸筒慢慢伸出,实现顶升作业。当打入右位置时,进油口通油缸无杆腔,回油口接油缸有杆腔,这时油缸活塞杆回缩。1.4.4平衡阀在实际顶升作业中,为了保障油缸工作的平稳,无论油缸大腔或小腔,回油口是不能直接通油箱的,回油速度也要受到压力控制。 平衡阀就是用来控制排油压力的。只有在某一压力下,平衡阀才能打开,开始排油;达不到压力,平衡阀就关闭,就不会排油,这样作用在活塞两侧的压力就稳定了。油缸的工作也就平稳。有了平衡阀还可以避免下降时可能产生的超速现象,即使换向阀打到中位,塔机上部可在空中停留一段时间保持静止。平衡阀最好与油缸直连,不再设管,这样即使进油口压力管破裂,有平衡阀锁住回油腔,也不至于有油缸突然回缩的危险。图2 C7050塔式起重机液压顶升系统原理图1-过滤器，2-电动机，3-高压泵，4-安全阀，5-高压溢流阀，6-压力表，7-三位四通手动换向阀，8-低压溢流阀，9-内控式平衡阀，10-液压软臂，11-下横梁，12-液控单向阀，13-节流阀，14-液压缸，15-回油口(低压接口)，16-进油口(高压接口)，17-液控单向阀，18-缸头部分。1.4.5过滤网压力系统是最怕小孔堵塞的,因为小孔堵塞会导致功能失常,从而使系统出故障。因此,对液压油要求非常清洁,不含杂质。为此,在回油口要设过滤网,以吸附油内杂质。过滤网还要经常清洗,把网上杂质清除干净。1.5 C7050塔机液压顶升系统工作原理分析(见图3) 1.5.1工作原理图3为C7050塔机的液压顶升系统图。顶升升塔时(见图3a)，套架（或中心顶升式的内塔身）上行；顶升油缸的活塞杆要反复交替伸出、缩回多次；下横梁（与油缸的活塞杆相连接）和上横梁（固定在套架上，并与油缸缸头连接）要在布置在塔身上的爬爪上反复交替挂附，再脱开、上行多次，才能加装一个塔身标准节。在工位I，下横梁挂附在爬爪上，上横梁脱开。高压油经大流量单向阀和小流量单向阀进入油缸大腔（无杆腔），油缸小腔（有杆腔）油液经内控平衡阀(9)流回油箱，油缸缸体带动套架上行。上行速度(大致为0.5m/min)取决于油泵的流量。此时，高压油油压大小由载荷P（作用在油缸上的塔机上部总重量）决定，由高压限压阀(溢流阀5)限定；超载时，若高压溢流阀失灵（如堵塞现象），安全阀（4）打开卸荷（过载保护）。 需要指出的是在套架上行到任一位置，换向阀处于中位，油缸内的两个单向阀均必须严密关闭，阻止大腔油液在上部载荷P的作用下泄出，以保护套架不下滑。在工位，上横梁挂附在爬爪上，下横梁脱开。液压油经单向阀进入油缸小腔，并打开油缸内的两个单向阀，使大腔内的油液回流至油箱。此时活塞杆缩回，带动下横梁上行至上一个爬爪。由于油液进入油缸小腔，下横梁上行速度较快，由于下横梁重量(P1)不大，此时液压油的压力也不大。图3 套架工况情况顶升降塔时（见图3b），塔身标准节已经拆出，套架（或中心顶升式的内塔身）下行；顶升油缸的活塞杆要反复交替缩回、伸出多次，下横梁和上横梁要在爬爪上反复交替挂附，再脱开、下行多次，才能接近下面的一个塔身标准节。 在工位，下横梁挂附在爬爪上，I：横梁脱开。低压油经单向阀进入油缸小腔。此时油压由低压溢流阀(8)限定，一般不超过65bar(等于6.5MPa)。在上部载荷P的作用下，油缸大腔油压很高，故低压油不能打开大流量单向阀，而只能打开小流量单向阀，使大腔高压油泄出。泄出速度取决于节流口的开度大小（可由针阀调节）。随着大腔油液的泄出，油缸缸体带动套架下行（活塞杆缩进缸体），进入油缸小腔的低压油只是补充有杆腔。 在工位I上横梁挂附在爬爪上，下横梁脱开。液压油经大、小流量单向阀进入油缸大腔，油缸小腔油液经平衡阀流回油箱。此时活塞杆伸出，带动下横梁下行至下一个爬爪。在这种工况下，下横梁自重( P1)削弱了内控式平衡阀(9)的调定压力，进入大腔的液压油只需克服平衡阀的剩余压力以打开平衡阀。平衡阀还有以下两个作用：在套架上行工位I时，在油缸小腔形成背压，避免产生抖动、爬行；在换向阀处于中位时，防止活塞杆在下横梁自重下下滑。其压力一般调定为25 bar(等于2.5MPa)。 1.5.2 C7050塔机液压顶升系统特点该系统简单紧凑，设有多种安全保护措施，平衡阀，大、小流量单向阀，安全阀等。压力控制方便。2 C7050液压顶升系统的使用维护2.1 顶升前应对顶升油缸进行测试如前所述，套架被顶升到任一位置，换向阀处于中位，油缸内的两个单向阀均必须严密关闭，保证套架不下滑。如套架下滑，则非常危险，顶升就不能继续进行。 在顶升前应对顶升油缸进行测试。测试时，把被测试油缸放入测试支架内；并与配套泵站连接，将活塞杆伸出少许；拆除连接油管，露出高、低压接口。再用一个油压千斤顶（型号：QF - 200配套泵站型号：B263 -6），也放在测试支架内去顶伸出的活塞杆。与千斤顶配套的泵站的压力表须达到计算值 F= 11P/S (MPa)式中：P-作用在塔机上部的塔机总重最(kN)； S-千斤顶无杆腔截面积(cm2)。 图4 试验支架达到压力值F后，若油缸不回缩，则为合格，可以用于顶升。若油缸回缩，不能用于顶升，要排除故障！2.2 顶升系统操作要求顶升作业时，液压系统的操作要点如下。泵站上的液雎元件必须完好，每次顶升前要进行检查。 加足泵站油箱内的液压油，牌号必须与塔机说明书上的规定相符；泵站长期搁置，油液变质，必须先行更换。要特别注意从泵站上引出的两根液压油管分高压和低压接口，在与顶升油缸连接时不能搞错。否则在顶升降塔时（工位），高压油将打开大流量单向阀，大腔高压油将急速喷泄，导致套架高速下降，并伴有剧烈震动，并可能抽空油泵。这是非常危险的！ 正式作业前，要排尽系统内空气，避免抖动和爬行。 降塔时，严禁将套架顶起悬空后调整节流口（针阀）开度大小。要在油缸受载前调整，针阀阀芯一次可调量为1/4圈高压限压阀应在每次顶升时进行调整，其压力值调到略高于能顶起塔机上部的压力值即可，而不是调到阀的极限值，安全阀的压力值已由厂家调定，一般不动，安全阀的调定值大致是高压限压阀极限值的1.1倍。每次顶升时，须将套架顶起约2030cm，停止油泵工作，换向阀处于中位，观察油缸活塞杆确实不回缩，方可式进行顶升。2.3 C7050塔机液压系统故障分析：2.3.1常见故障及排除方法表1 液压顶升系统常见故障的原因及排除方法工况故障现象故障原因排除方法升塔时，工位I油缸顶不动套架高压限压阀调整不当油泵油泄漏或损坏油缸内泄(在有杆腔和无杆腔之间)调整高压限压阀修理或更换油泵更换活塞上的密封件升塔或降塔时，工位I、II抖动或爬行系统中空气未排尽平衡阀调定压力太低或损坏空载(卸掉与下横梁的连接销)伸缩活塞杆并交替打开两个排气口重新调整或修理乃至更换平衡法开始顶升换向阀手柄抬不起来阀芯错位拆修换向阀2.3.2故障分析超量的内泄漏是系统故障的主要原因。众所周知，液压传动中内泄漏是不可避免的，若内泄漏超出允许范围，系统会出现运转异常、效率降低、寿命缩短，甚至使系统失灵。为保证不产生严重的内泄漏，除靠相对运动件间隙密封外，有的部位要装密封件，若液压元件严重磨损或密封件失效就会造成超量内泄漏。从理论和现场实际情况看，发生超量内泄漏主要是油液污染、液压冲击、油液发热造成的。油液污染系统液压元件关键运动副表面之间有一定的设计间隙，当油液中固体污染物随着液流流入间隙内，引起零件表面的污染磨损，随着表面磨损，运动副间隙扩大，导致内泄漏增加。液压元件磨损速度主要取决于元件本身对颗粒污染物的敏感度及污染物颗粒的尺寸组成和浓度。颗粒污染物对元件的磨损很大程度上取决于颗粒污染物尺寸与关键运动副间隙尺寸之间的相对关系。尺寸小于间隙的颗粒，随着内泄漏流过间隙，一般不产生或仅产生轻微的磨损；尺寸比间隙大很多的颗粒不能进入间隙，因而运动副表面不产生磨损；而尺寸与间隙相等或稍大的颗粒一旦进入间隙内，与两运动表面接触并对表面产生严重磨损，这个颗粒尺寸是对元件磨损危害最大的尺寸。任何一个元件必然有一个能耐受的最大颗粒尺寸，即所谓临界颗粒尺寸。当系统油液中污染颗粒控制在临界颗粒尺寸以下，元件就不会出现严重的磨损，因而具有良好的性能。因此，元件污染磨损的临界颗粒尺寸不仅是评定元件污染耐受度的一个重要参数，也是确定系统过滤要求的一个重要依据。经调查发现，有的塔机顶升系统没装滤油器，或滤油器的滤油精度过低，使固体颗粒得不到有效的控制。更为严重的是有的塔机泵站油箱底沉积厚厚一层油泥，多年都不更换液压油，只是油不足就往油箱中加油，系统污染十分严重，加快了元件的磨损，使内泄漏超量，造成系统故障。液压冲击液压冲击造成超量泄漏是非常突出的。在实际顶升中，操作人员不正常操作是产生液压冲击的主要原因。由于阀类操纵等原因引起液流流动急剧变化时，这部分液流的动能转变为压力能，产生急剧的压力变化，出现的瞬时高压可达正常压力的23倍以上，使系统产生振动、噪声，连接松动、密封件损坏，进而使机件和油管破坏等。液压冲击产生的原因有液流动量变化、共振、惯性力、截面积增压效应、体积弹性增压效应和冲击波等。在C7050塔机顶升系统中，冲击波引起液压冲击是主要的。当油路突然关闭(或开启)产生冲击波。众所周知，压力增高与冲击波速度和液流流速成正比。很高的冲击波波速和液流流速必然导致压力的剧增。C7050塔机顶升中变速、变向和在停车中，液压冲击最为严重。在顶升停止时，对系统产生的内泄漏进行测量，在P=21MPa工作压力下，进油管在02 8 S过渡过程中产生41MPa的高压，示波器显示衰减振动约16次，多次液压冲击使油管产生强烈振动。液压冲击使密封圈挤入间隙，破坏了原有的密封效果。根据大量实例分析、计算，冲击波引起的液压冲击只是在低压或中低压系统中有较大的危险性，而高压系统往往是停车的惯性动能及截面效应引起的加速泄漏。如有一液压缸内径D =110mm，杆径d=65mm，使用压力P=27MPa，活塞速度 =702cms，其截面增压效应使有杆腔在停车瞬问产生的压力P =PD (D 一d2)=415MPa由上述可知，液压冲击引起的压力升高使泄漏增加是显而易见的。油液发热C7050塔机顶升系统发热引起泄漏主要是由于油液粘度下降，热冲击引起压力增高与间隙变化，以及发热使油液变质、密封圈硬化、膨胀等所致。当油液温度超过60时，油液粘度大大下降、油液变质，使泄漏增加。大量统计表明，当油温升高8 ，油液寿命要降低一半。例如，20号油由20升至80 ， 由于粘度降低使泄漏增加214倍，粘度较大的30号油泄漏增加133倍。另外，油温升高使正常间隙变小，容易因变形增加磨损，最终使间隙更大，增加了泄漏量。综上所述，C7050塔机顶升系统泄漏问题，不能单纯的消极密封，而要从总体上消除泄漏的根源，必须加强对设备的管