戚景觀,王興,齊向東,張慧聞,姚歡,宋朝瑞
(1.晉西車軸股份有限公司機(jī)動(dòng)部,山西太原030027;2.太原科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院,山西太原030024;3.太原科技大學(xué)電子信息工程學(xué)院,山西太原030024;4.太原科技大學(xué)研究生學(xué)院,山西太原 030024)
目前,中國(guó)鐵路的年貨物發(fā)送量居世界第一位,由此可見,貨物運(yùn)輸是鐵路運(yùn)輸中非常重要的一部分。如何緩解運(yùn)輸緊張狀況和確保貨車運(yùn)用安全,一直是鐵路部門思索的重大課題。把鐵路上用于載運(yùn)貨物的車輛統(tǒng)稱為鐵路貨車,輪對(duì)是鐵道貨車行走部分的關(guān)鍵部件。車輛運(yùn)行中,輪對(duì)受到動(dòng)、靜載荷作用的同時(shí)還承受制動(dòng)載荷的作用,因此,輪對(duì)壓裝質(zhì)量的好壞將直接影響行車安全,輪對(duì)壓裝機(jī)是當(dāng)今輪對(duì)產(chǎn)品壓裝工序中應(yīng)用范圍廣、壓裝效率高、壓裝質(zhì)量好的必備自動(dòng)化設(shè)備。
輪對(duì)壓裝機(jī)是由主機(jī)、測(cè)量系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、曲線記錄系統(tǒng)、曲線輸出系統(tǒng),控制系統(tǒng)等組成。輪對(duì)壓裝機(jī)結(jié)構(gòu)見圖1所示。
圖1 輪對(duì)壓裝機(jī)結(jié)構(gòu)組成
對(duì)于輪對(duì)壓裝機(jī),首先它能一次完成輪對(duì)組裝,采用不掉頭壓裝方式,實(shí)現(xiàn)與預(yù)壓裝直接連接,縮短壓裝時(shí)間;其次,它的檢測(cè)系統(tǒng)采取如下結(jié)構(gòu):測(cè)量桿是由金屬圓柱體構(gòu)成,雙向油缸驅(qū)動(dòng),安裝在上橫梁的滑座上,采用接觸方式,在滑座上連接拉線式旋轉(zhuǎn)編碼器,隨著車輪的移動(dòng)進(jìn)行隨動(dòng),進(jìn)而能自動(dòng)地記錄輪對(duì)壓裝曲線,并且能按照鐵道標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)判斷曲線是否合格,可與HMIS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享;再者,它配有安全保護(hù)聯(lián)鎖裝置和短路、斷路及漏電保護(hù)裝置,具有完善、可靠的聯(lián)鎖保護(hù)和故障報(bào)警等功能;最后,它選用伺服液壓泵,采用國(guó)外最新控制及液壓技術(shù),能實(shí)現(xiàn)工進(jìn)和快進(jìn)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換,并保證額定負(fù)荷下連續(xù)工作22 h,精度穩(wěn)定,不出現(xiàn)升溫過高和泄漏現(xiàn)象。
液壓系統(tǒng)是輪對(duì)壓裝機(jī)的關(guān)鍵部分,是設(shè)備的心臟,主要為設(shè)備提供所需的動(dòng)力,通過控制系統(tǒng)的控制實(shí)現(xiàn)壓裝、進(jìn)出料小車移動(dòng)及其他輔助動(dòng)作。液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞,將直接影響到壓力曲線是否能夠滿足鐵標(biāo)的要求,是否能夠滿足提速車輛所要求的輪對(duì)組裝時(shí)輪位差和內(nèi)側(cè)距的位置精度。液壓系統(tǒng)原理如圖2所示。輪對(duì)壓裝機(jī)的液壓系統(tǒng)由主液壓系統(tǒng)及輔助液壓系統(tǒng)組成,用于實(shí)現(xiàn)各機(jī)構(gòu)的動(dòng)作,主、副液壓系統(tǒng)使用一個(gè)油箱。
圖2 液壓系統(tǒng)原理
主液壓系統(tǒng)主要是由伺服液壓泵組、閥組、管路及主壓裝缸組成,輔助液壓系統(tǒng)主要由變量液壓泵組、閥組、管路及油缸組成。
一個(gè)完整的液壓系統(tǒng)由5個(gè)部分組成,即動(dòng)力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件 (附件)和液壓油。液壓系統(tǒng)基本裝置是動(dòng)力元件和執(zhí)行元件:油泵作為動(dòng)力元件,連續(xù)將油推出,并把機(jī)械能轉(zhuǎn)變成壓力能和動(dòng)能;油缸作為執(zhí)行元件,是用來把液壓能重新轉(zhuǎn)換成工作所需機(jī)械能的系統(tǒng)部件;閥作為控制元件,控制油的流量和流動(dòng)方向或限制壓力;油箱、濾油器、連接管路、密封件、冷卻器以及其他輔助元件分別用來負(fù)責(zé)油液的貯存、凈化、輸送、密封和散熱等輔助性工作。
結(jié)合輪對(duì)壓裝機(jī)液壓系統(tǒng)在生產(chǎn)中所出現(xiàn)的故障,按照液壓系統(tǒng)故障部件劃分具體如下:
(1)作為動(dòng)力元件,液壓泵出現(xiàn)的故障有:
泵容積效率低,泵不轉(zhuǎn),泵反轉(zhuǎn),電機(jī)轉(zhuǎn)向不對(duì),泵不吸油,泵軸可轉(zhuǎn)動(dòng)但內(nèi)部折斷等導(dǎo)致的液壓泵不輸油、出油量不足;
吸空現(xiàn)象嚴(yán)重,吸入氣泡,液壓泵運(yùn)轉(zhuǎn)不良,泵的結(jié)構(gòu)因素、泵安裝不良等導(dǎo)致的液壓泵噪聲較大;
泵吸氣,泵內(nèi)油液過臟,裝配不良、結(jié)構(gòu)因素等導(dǎo)致的液壓泵壓力不穩(wěn)定,流量不穩(wěn)定;
裝配不良、油液質(zhì)量差、管路故障、受外界影響、內(nèi)部泄漏大等導(dǎo)致的液壓泵異常發(fā)熱。
(2)作為控制元件,各種液壓閥出現(xiàn)的故障有:
溢流閥出現(xiàn)的故障主要有:調(diào)不上壓力、壓力調(diào)不高、壓力突然升高、壓力突然下降、壓力波動(dòng)(不穩(wěn)定)、振動(dòng)與噪聲。
減壓閥出現(xiàn)的故障主要有:無(wú)二次壓力,不起減壓作用,二次壓力不穩(wěn)定,二次壓力升不高。
順序閥出現(xiàn)的故障主要有:始終出油,不起順序閥作用;始終不出油,不起順序閥作用;調(diào)定壓力值不符合要求;振動(dòng)與噪聲;單向順序閥反向不能回油。
電液/電磁換向閥出現(xiàn)的故障主要有:主閥芯不運(yùn)動(dòng),閥芯換向后通過的流量不足,壓力降過大,液控?fù)Q向閥閥芯換向速度不易調(diào)節(jié),電磁鐵過熱或線圈燒壞,電磁鐵吸力不夠,沖擊與振動(dòng)。
(3)作為執(zhí)行元件,液壓油缸出現(xiàn)的故障有:
壓力不足、壓力已達(dá)到要求仍不動(dòng)作等導(dǎo)致的液壓缸活塞桿不能動(dòng)作;
內(nèi)泄漏嚴(yán)重,外載荷過大,活塞移動(dòng)時(shí)“憋勁”,缸內(nèi)進(jìn)入空氣等導(dǎo)致的液壓缸活塞桿速度達(dá)不到規(guī)定值、液壓缸爬行;
裝配不良,密封件質(zhì)量問題,活塞桿和溝槽加工質(zhì)量差,油黏度過低,油溫過高、高頻振動(dòng)、活塞桿拉傷等導(dǎo)致的液壓缸外泄漏。
(4)作為輔助元件,冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)的故障有:風(fēng)機(jī)不能轉(zhuǎn),風(fēng)機(jī)軸承磨損。
(5)作為輔助元件,液壓站、油管出現(xiàn)的故障有:在接頭和接口處出現(xiàn)泄漏。
(6)作為輔助元件,濾油器出現(xiàn)的故障有:濾芯破壞變形,濾油器脫焊,濾油器掉粒,濾油器堵塞。
故障樹分析 (FTA)技術(shù)采用邏輯方法,形象地進(jìn)行危險(xiǎn)的分析工作,特點(diǎn)是直觀、明了、思路清晰、邏輯性強(qiáng)、可以做定性分析、也可以做定量分析,體現(xiàn)了以系統(tǒng)工程方法研究安全問題的系統(tǒng)性、準(zhǔn)確性和預(yù)測(cè)性,它是安全系統(tǒng)工程的主要分析方法之一。
故障樹圖是一種邏輯因果關(guān)系圖,它根據(jù)元部件狀態(tài) (基本事件)來顯示系統(tǒng)的狀態(tài) (頂事件)。故障樹圖也是一種圖形化設(shè)計(jì)方法,并且作為可靠性框圖的一種可替代的方法。一個(gè)故障樹圖是從上到下逐級(jí)建樹并且根據(jù)事件而聯(lián)系,它用圖形化“模型”路徑的方法,使一個(gè)系統(tǒng)能導(dǎo)致一個(gè)可預(yù)知的、不可預(yù)知的故障事件 (失效),路徑的交叉處的事件和狀態(tài),用標(biāo)準(zhǔn)的邏輯符號(hào) (與、或等)表示。輪對(duì)壓裝機(jī)液壓系統(tǒng)故障樹如圖3所示。
圖3 液壓系統(tǒng)故障樹
一般來講,輪對(duì)壓裝機(jī)液壓系統(tǒng)不出現(xiàn)制造質(zhì)量問題,工人按照要求操作輪對(duì)壓裝機(jī),那么輪對(duì)壓裝機(jī)液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障的原因多是相關(guān)人員預(yù)防性的維護(hù)保養(yǎng)工作沒做到位,特別是輪對(duì)壓裝機(jī)液壓系統(tǒng)出現(xiàn)污染、過熱以及進(jìn)入空氣時(shí),更易引起系統(tǒng)故障。
4.2.1 污物
具體而言,輪對(duì)壓裝機(jī)液壓系統(tǒng)液壓油會(huì)由于進(jìn)入污物而變質(zhì)導(dǎo)致液壓系統(tǒng)發(fā)生故障。結(jié)合輪對(duì)壓裝機(jī)運(yùn)行情況,并通過對(duì)此故障原因進(jìn)行分析,下面對(duì)進(jìn)入液壓油污物來源進(jìn)行說明。
來源1:液壓系統(tǒng)外部不清潔,污物順著加油能被帶入液壓系統(tǒng);或在設(shè)備管理員檢查液壓系統(tǒng)油量時(shí)進(jìn)入液壓系統(tǒng);或通過損壞的油封或者密封環(huán)進(jìn)入液壓系統(tǒng)。
來源2:液壓系統(tǒng)內(nèi)部清洗不徹底,會(huì)在油箱或者部件內(nèi)留有微量的殘?jiān)?/p>
來源3:加油容器不清潔,污物也能順著加油而被帶入到液壓系統(tǒng)。
來源4:輸油管在管內(nèi)產(chǎn)生銹皮,銹皮會(huì)由于液壓油流動(dòng)而被帶入到液壓系統(tǒng)。
來源5:變質(zhì)的液壓油會(huì)腐蝕液壓系統(tǒng)零部件,被腐蝕的金屬會(huì)成為游離分子懸浮在液壓系統(tǒng)油中。
4.2.2 過熱
具體而言,輪對(duì)壓裝機(jī)液壓系統(tǒng)會(huì)由于過熱導(dǎo)致液壓系統(tǒng)發(fā)生故障。結(jié)合輪對(duì)壓裝機(jī)運(yùn)行情況,對(duì)此故障原因進(jìn)行分析。下面是造成液壓系統(tǒng)過熱的原因:
原因1:液壓油中進(jìn)入空氣或水分,這樣的液壓油轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫τ停锩鎿诫s的空氣和水分就會(huì)助長(zhǎng)增加熱而引起過熱。
原因2:液壓站中液壓油油平面過高,液壓站在運(yùn)行中會(huì)引起液壓油強(qiáng)烈攪動(dòng),從而導(dǎo)致油溫過高。
原因3:質(zhì)量低劣的液壓油隨著時(shí)間推移黏度會(huì)變低,使泄漏量增大,液壓站的容積效率降低,從而導(dǎo)致系統(tǒng)溫升速度加快。
原因4:液壓站工作超過額定負(fù)荷,導(dǎo)致液壓油過熱。
原因5:液壓站回油閥調(diào)整不適當(dāng),或者已磨損的零件未及時(shí)更換,這種現(xiàn)象也會(huì)產(chǎn)生過熱情況。
原因6:液壓油選擇要適當(dāng),選擇黏度高的液壓油,液壓油流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的阻力較大,液壓系統(tǒng)克服阻力所消耗的功率較大,轉(zhuǎn)化為熱量從而造成油溫上升。
4.2.3 空氣
具體而言,輪對(duì)壓裝機(jī)液壓系統(tǒng)如進(jìn)入空氣也會(huì)導(dǎo)致液壓系統(tǒng)發(fā)生故障。結(jié)合輪對(duì)壓裝機(jī)運(yùn)行情況,對(duì)此故障原因進(jìn)行分析。下面是造成液壓系統(tǒng)液壓油進(jìn)入空氣的原因:
原因1:給液壓站加油時(shí),不適當(dāng)?shù)膬A倒致使氣泡混入液壓油中。
原因2:液壓站油管接頭松動(dòng)或者油封損壞,在液壓站運(yùn)行中空氣被吸入到系統(tǒng)中。
原因3:液壓站吸油管路被磨穿,空氣會(huì)順著破口進(jìn)入液壓系統(tǒng)當(dāng)中。
5.1.1 液壓泵不輸油、出油量不足
(1)若因泵不轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)而起,應(yīng)檢查電氣部件和線路、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向、電機(jī)和泵之間連接鍵、溢流閥和單向閥等并排除故障。
(2)若泵軸仍可轉(zhuǎn)動(dòng),則應(yīng)檢查泵軸內(nèi)部折斷原因并更換新軸,拆開并檢修泵內(nèi)滑動(dòng)副,裝配按要求選配間隙,還應(yīng)檢查油質(zhì)、冷卻器以及油箱油量,若發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。
(3)若因泵不吸油而起,則首先分析泵不吸油原因然后采取措施解決問題。
(4)若因泵容積效率低而起,則需拆開、清洗、修理和更換磨損滑動(dòng)零件,研磨磨損配油盤端面,更換軸承,更換柱塞并配研到要求間隙,清洗后重新按技術(shù)要求裝配。
5.1.2 液壓泵噪聲較大
(1)若因吸空現(xiàn)象嚴(yán)重而起,應(yīng)有選擇性地采取如下措施:清洗或更換堵塞過濾器,適當(dāng)加長(zhǎng)調(diào)整吸油管長(zhǎng)度或位置,檢查并緊固連接處和結(jié)合面的密封等。
(2)若因吸入氣泡而起,應(yīng)有選擇性地采取如下措施:進(jìn)行空載運(yùn)轉(zhuǎn)排空氣,加長(zhǎng)吸油管等。
(3)若因運(yùn)轉(zhuǎn)不良而起,檢查泵內(nèi)軸承以及其他零部件磨損情況并及時(shí)拆卸清洗更換。
5.1.3 液壓泵壓力不穩(wěn)定,流量不穩(wěn)定
(1)若因泵安裝不良而起,則應(yīng)采取以下措施:清洗或更換堵塞過濾器,適當(dāng)加長(zhǎng)調(diào)整吸油管長(zhǎng)度或位置,檢查并緊固連接處和結(jié)合面的密封等。
(2)若因吸入氣泡而起,則應(yīng)采取以下措施:進(jìn)行空載運(yùn)轉(zhuǎn)排空氣,加長(zhǎng)吸油管等。
(3)若泵內(nèi)油液過臟則過濾或者更換油液。
5.1.4 液壓泵異常發(fā)熱
(1)若因裝配不良而起,則應(yīng)選擇以下措施:若間隙選配不當(dāng)應(yīng)拆開液壓泵清洗,測(cè)量間隙,重新配研達(dá)到規(guī)定間隙;若因油液質(zhì)量差而起,則應(yīng)按規(guī)定選用液壓油,若發(fā)現(xiàn)油液含有水分或者污染則應(yīng)清洗油箱內(nèi)部,然后更換合適油液。
(2)若因泵內(nèi)部泄漏大和容積效率低而起,則需拆開、清洗、修理和更換磨損滑動(dòng)零件,研磨磨損配油盤端面,更換軸承,更換柱塞并配研到要求間隙,清洗后重新按技術(shù)要求裝配。
檢查溢流閥,若是主閥芯出現(xiàn)阻尼孔堵塞、工作不靈敏等現(xiàn)象,則應(yīng)清洗阻尼孔使之暢通,檢修更換零件,過濾或更換油液;若是先導(dǎo)閥調(diào)壓彈簧出問題,則應(yīng)更換彈簧;若是由于閥使用不當(dāng),通過流量超過允許值,則應(yīng)在額定流量范圍內(nèi)使用溢流閥;若是系統(tǒng)存在空氣,排除空氣。
檢查減壓閥,若是主閥芯在全閉位置或全開位置卡死,主閥彈簧折斷彎曲變形,阻尼孔堵塞,則修理、更換零件和彈簧,過濾或更換油液;若是使用錯(cuò)誤,泄油口不通,則應(yīng)檢修螺塞和卸油管等部件;若是出現(xiàn)部件漏油,則更換密封件,緊固螺釘,消除外漏。
檢查順序閥,若是閥芯、單向閥在打開 (關(guān)閉)位置上卡死,則應(yīng)修理閥芯、單向閥,檢查油質(zhì),更換彈簧,使配合間隙達(dá)到要求,并使閥芯移動(dòng)靈活,油質(zhì)若不符合要求應(yīng)過濾或更換;若是回油阻力太高,油溫過高,則應(yīng)降低回油阻力,控制油溫在規(guī)定范圍內(nèi)。
檢查電磁換向閥,若是電磁鐵線圈燒壞、線路故障、鐵芯卡死等問題,則應(yīng)檢查原因,進(jìn)行修理或更換;若是先導(dǎo)電磁閥閥芯與閥體孔卡死,則修理配合間隙達(dá)到要求,使閥芯移動(dòng)靈活;過濾或更換油液;若是油路故障,則應(yīng)清洗堵塞控制油路使之暢通,將端蓋漏油處的螺釘擰緊;若是閥開口量不足,則應(yīng)檢查推桿,更換適宜長(zhǎng)度的推桿;若是出現(xiàn)換向沖擊,則應(yīng)從選用大通徑電液動(dòng)換向閥、調(diào)小節(jié)流閥節(jié)流口、減慢閥芯移動(dòng)速度、檢修單向節(jié)流閥等方面考慮解決問題。
5.3.1 活塞桿不能動(dòng)作
(1)若因壓力不足而起,則檢查換向閥、液壓泵和主要液壓閥等的故障原因并及時(shí)排除,檢查密封件磨損情況并及時(shí)更換損壞密封件。
(2)若因壓力已達(dá)到要求但仍不能啟動(dòng)、壓力不足而起,活塞桿移動(dòng)“憋勁”時(shí)則應(yīng)檢查缸筒與活塞、導(dǎo)向套與活塞桿、活塞桿與夾布膠木導(dǎo)向套配合間隙并調(diào)整到規(guī)定值,如液壓缸裝配不良應(yīng)重新裝配和安裝;液壓回路液壓缸背壓腔油液未與油箱相通,連通回油的換向閥未動(dòng)作時(shí)應(yīng)檢查原因并消除。
5.3.2 活塞桿速度達(dá)不到規(guī)定值、液壓缸爬行
(1)若因內(nèi)泄漏嚴(yán)重而起,則應(yīng)檢查并更換密封件,或者檢查并更換適宜黏度的液壓油,若是油溫過高則應(yīng)檢查原因并排除故障。
(2)若因外載荷過大而起,若是設(shè)計(jì)錯(cuò)誤則應(yīng)重新核算并更換元件,若是工藝使用錯(cuò)誤造成外載比預(yù)定值大則應(yīng)按設(shè)備規(guī)定值使用,若是油溫過高則應(yīng)檢查原因并排除故障。
(3)若因活塞移動(dòng)時(shí)“憋勁”而起,若是裝配質(zhì)量差、加工精度差和缸筒孔錐度和圓度超差,則應(yīng)檢查零件尺寸,更換無(wú)法修復(fù)的零件;若是活塞、活塞桿與缸蓋之間同軸度差以及液壓缸與工作臺(tái)平行度差,則應(yīng)按照要求重新裝配;若是活塞桿與導(dǎo)向套配合間隙過小,則應(yīng)檢查配合間隙,修刮導(dǎo)向套孔。
(4)若因臟物進(jìn)入滑動(dòng)部位而起,則應(yīng)過濾或更換過臟油液,更換破損防塵圈;若是裝配時(shí)未清洗干凈或帶入臟物則應(yīng)拆開清洗。
5.3.3 液壓缸外泄漏
此時(shí)若是油溫過高則應(yīng)檢查原因并排除故障;若是裝配不良,應(yīng)拆開液壓缸等相關(guān)部件檢查重新裝配;若是密封問題應(yīng)及時(shí)更換密封件;若是活塞桿和溝槽加工質(zhì)量差應(yīng)修正使得達(dá)到要求。
全面總結(jié)出輪對(duì)壓裝機(jī)液壓系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中所出現(xiàn)的故障,采用故障樹分析法有層次地分析了液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障的原因,還提出液壓系統(tǒng)主要部件出現(xiàn)故障應(yīng)采取的對(duì)策。這些均對(duì)輪對(duì)壓裝機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)化和故障的深入研究有一定的借鑒意義。
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