連鑄A10VSO140DRS型恒壓變量軸向柱塞泵換型改造

供稿|宋鵬卿，王紅飛 / SONG Peng-qing, WANG Hong-fei

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文章對(duì)云南昆鋼新區(qū)煉鋼廠2臺(tái)小方坯連鑄機(jī)出坯液壓系統(tǒng)A10VSO140 DRS型恒壓變量軸向柱塞泵頻繁損壞進(jìn)行了原因分析。油泵頻繁損壞的主要原因是冷床改造加長(zhǎng)后仍沿用原來的液壓系統(tǒng)造成的不匹配問題。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況，提出了將A10VSO140DRS型恒壓變量軸向柱塞泵換型改造為A4VSO180DR/ 30R-PPB13N00油泵，通過可行性驗(yàn)證后組織實(shí)施改造，取得了明顯實(shí)效。

新區(qū)煉鋼廠3臺(tái)連鑄機(jī)有液壓系統(tǒng)30余套。煉鋼廠2#和3#小方坯連鑄機(jī)主液壓站和出坯液壓站的高壓泵都采用力士樂A10VS0140DRS/32R-VPB22U99型恒壓變量軸向柱塞高壓泵(簡(jiǎn)稱140油泵)。2#連鑄機(jī)出坯液壓站4臺(tái)，3#小方坯連鑄機(jī)出坯液壓站3臺(tái)。生產(chǎn)運(yùn)行中，140油泵經(jīng)常異響、運(yùn)行不穩(wěn)定，翻轉(zhuǎn)冷床油缸執(zhí)行元件動(dòng)作緩慢、吃力，負(fù)載加大時(shí)系統(tǒng)壓力難于起升，造成一系列的問題和故障。而且呈現(xiàn)劣化加劇趨勢(shì)，需頻繁維護(hù)更換相關(guān)設(shè)備，給作業(yè)人員人身安全和設(shè)備安全帶來了隱患，給生產(chǎn)組織和鑄坯質(zhì)量帶來了較大的影響。截至2015年3月，已經(jīng)更換了32臺(tái)次，其中2個(gè)主液壓站消耗了10臺(tái)，2個(gè)出坯液壓站消耗了22臺(tái)。單油泵備件的消耗(修復(fù))成本就超過42萬(wàn)元，加之相關(guān)的一系列故障和問題，每年造成的綜合損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過100萬(wàn)元。因此對(duì)A10VSO140DRS型恒壓變量軸向柱塞泵的損壞原因進(jìn)行了深入分析，盡快找出解決問題的方法也成為了工作重點(diǎn)。

針對(duì)140油泵當(dāng)前存在的問題，根據(jù)文獻(xiàn)及實(shí)際生產(chǎn)情況，認(rèn)為造成140油泵頻繁損壞問題的可能原因大致為兩類：一類原因可能是操作、維護(hù)、調(diào)節(jié)不當(dāng)；另一類原因可能是匹配性問題，即系統(tǒng)的負(fù)載、壓力、流量等與實(shí)際情況不匹配。

操作、維護(hù)、調(diào)節(jié)不當(dāng)?shù)挠绊懸蛩胤治?/h2>

操作、維護(hù)、調(diào)節(jié)不當(dāng)是造成油泵損壞的常見原因。操作人員沒有嚴(yán)格按照規(guī)程作業(yè)，設(shè)備維護(hù)人員安裝油泵時(shí)沒有嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)，系統(tǒng)壓力設(shè)定、壓力調(diào)節(jié)不當(dāng)，油液被污染、油泵有吸空等情況，都會(huì)導(dǎo)致油泵磨損嚴(yán)重、發(fā)熱量大、沖擊加大、油泵內(nèi)泄嚴(yán)重，進(jìn)而造成其頻繁損壞。針對(duì)這些情況，逐一檢查落實(shí)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)整改、優(yōu)化。通過40天的跟蹤整改，2臺(tái)小方坯連鑄機(jī)主液壓站的140油泵的消耗有明顯的降低，出坯液壓站的140油泵情況雖稍有改善，但不明顯。由此操作、維護(hù)、調(diào)節(jié)不當(dāng)是出坯液壓系統(tǒng)140油泵頻繁損壞的原因，但不是主要原因。

匹配性問題的影響因素分析

出坯 液壓系統(tǒng)高壓泵的匹配性驗(yàn)證

出坯液壓系統(tǒng)主要控制的是小方坯連鑄機(jī)翻轉(zhuǎn)冷床的舉升和橫移動(dòng)作。小方坯翻轉(zhuǎn)冷床長(zhǎng)20.86 m、寬11.4 m，冷床運(yùn)動(dòng)部分重52.347 t，鑄坯爬滿冷床時(shí)鑄坯重量為194.913 t。加上油脂、冷卻水等的重量為0.74 t，運(yùn)動(dòng)部分總重力F為2430000.4 N。靜摩擦因數(shù)fs=0.2，由于冷床噴水冷卻鑄坯，冷床高低不平，在運(yùn)動(dòng)過程中，整個(gè)負(fù)載也大幅加大，因而其動(dòng)摩擦因數(shù)fd取0.3。該翻轉(zhuǎn)冷床質(zhì)量大、有加減速變化，其運(yùn)動(dòng)慣性在這里忽略[1]。靜摩擦力Ffs=486000 N，動(dòng)摩擦力Ffd=729000 N，負(fù)載F1=3645000 N。因?yàn)榕e升油缸在舉升的過程中不是垂直向上運(yùn)動(dòng)的，所以舉升的負(fù)載為F2= F1/cos9.5°=3696754 N，即翻轉(zhuǎn)冷床的最大負(fù)載為3696754 N。油泵的出口壓力Ps=W/A[2]。W為最大負(fù)載，A為執(zhí)行元件的截面積。冷床舉升油缸為f250/f180-600，舉升時(shí)無(wú)桿腔的面積A為0.0490625 m2。執(zhí)行元件的最大壓力Ps=W/A=37.72 MPa。

140油泵的最大峰值壓力為35 MPa、額定壓力為28 MPa[3]，小于執(zhí)行元件所需的最大壓力37.72 MPa，所以140油泵不能滿足系統(tǒng)的需要，與系統(tǒng)不匹配，致使140油泵長(zhǎng)期處于最大壓力值下工作，大幅縮短了油泵的使用壽命。這是造成2臺(tái)小方坯連鑄機(jī)出坯液壓系統(tǒng)140油泵頻繁損壞的主要原因。根據(jù)140油泵的動(dòng)態(tài)流量控制曲線[3]可知140油泵的最大負(fù)載壓力為35 MPa，小于執(zhí)行元件所需的最大壓力。

造成 140油泵不匹配的原因分析

首先是負(fù)載增加。原設(shè)計(jì)冷床的長(zhǎng)度是16860 mm×11400 mm，而實(shí)際上小方坯的冷床是經(jīng)過改造的，其長(zhǎng)度加長(zhǎng)了4 m，為20860 mm。這樣不僅冷床自身重量增加了，冷床存放的鑄坯數(shù)量也增加了，所以冷床負(fù)載大幅增加了。

其次是鑄坯斷面加大。原設(shè)計(jì)鑄坯是用150 mm×150 mm測(cè)算的，而實(shí)際上生產(chǎn)的是斷面為165 mm×165 mm的鑄坯。鑄坯斷面增加，相應(yīng)的負(fù)載再次增加了。

最后，改進(jìn)后的冷床仍然采用2#小方坯連鑄機(jī)冷床原出坯液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)，造成部分設(shè)計(jì)參數(shù)不匹配。而且沒有預(yù)見到翻轉(zhuǎn)冷床會(huì)長(zhǎng)期處于水泡、水淋狀態(tài)中。為了保證鑄坯溫度＜600℃，對(duì)冷床上的鑄坯進(jìn)行了直接噴水冷卻，造成冷床傳動(dòng)潤(rùn)滑效果變差，冷床橫移和舉升摩擦阻力大幅增加，加大了系統(tǒng)壓力，進(jìn)一步加大了運(yùn)動(dòng)負(fù)載，系統(tǒng)穩(wěn)定性變差，冷床設(shè)備劣化快、故障高等。另外，直接水冷造成冷床地基長(zhǎng)期積水，地基水平大幅變化，致使冷床設(shè)備受力力矩大幅增加，移動(dòng)阻力大幅增加等。

A1 0VSO140油泵頻繁損壞原因

由上可知，冷床改造加長(zhǎng)、鑄坯斷面增大和冷床水冷帶來的一系列問題都使系統(tǒng)的負(fù)載大幅增加，致使140油泵的性能不能滿足實(shí)際情況的需要，造成系統(tǒng)不匹配。這是造成140油泵頻繁損壞的主要原因。系統(tǒng)的操作、維護(hù)、調(diào)節(jié)不當(dāng)，致使油液污染、油泵吸空和磨損沖擊加大，進(jìn)而導(dǎo)致油泵發(fā)熱內(nèi)泄損傷[2]。這是造成油泵頻繁損壞的次要原因。

改造方法

針對(duì)140油泵頻繁損壞的主要原因，結(jié)合負(fù)載測(cè)算和生產(chǎn)實(shí)際情況，提出對(duì)出坯液壓系統(tǒng)140高壓油泵進(jìn)行換型改造，即將A10VS0140DRS/32RVPB22U99恒壓變量軸向柱塞高壓泵改造更換為A4VSO180DR/30R-PPB13N00型號(hào)的油泵。改造需要的180油泵匹配的聯(lián)軸器、鐘型罩等清單見表1。

換型 改造為180油泵的可行性分析

執(zhí)行元件所需的最大壓力37.72 MPa，而180泵的承受最大壓力為40 MPa、額定壓力為35 MPa[4]，滿足系統(tǒng)需求，文獻(xiàn)[4]的180泵輸入功率與流量圖，清晰可見其承受的壓力、排量滿足移動(dòng)速度的要求。

大方坯6臺(tái)180油泵從投產(chǎn)至今沒有出現(xiàn)過故障，也未更換過，運(yùn)行一直正常平穩(wěn)。若采用180油泵，3臺(tái)主機(jī)主油泵可以形成有效互換性，同時(shí)也可與型材廠主油泵形成互換，可以優(yōu)先降低庫(kù)存資金占用。

表1 2#、3#小方坯連鑄機(jī)出坯液壓站140油泵改造材料清單

通過140和180泵安裝尺寸圖的對(duì)比分析，認(rèn)為換型改造安裝可行，改動(dòng)量不大，不影響安裝、維護(hù)空間。通過功率核算，系統(tǒng)需要的最大功率為81.6 kW，原電機(jī)90 kW可以滿足要求[1]。通過熱平衡分析和油箱容積分析，原油箱滿足換型要求。通過查閱相關(guān)資料，兩種油泵的運(yùn)行要求、環(huán)境等可以互換，比如油質(zhì)要求、黏度要求、溫度要求等具備換型條件。

通過分析，認(rèn)為140油泵換型改造為180油泵的可行性好。2015年4月組織實(shí)施了改造。

操作 、維護(hù)、調(diào)節(jié)不當(dāng)?shù)膽?yīng)對(duì)措施

通過對(duì)油泵操作、維護(hù)、調(diào)節(jié)的優(yōu)化、細(xì)化，出坯液壓系統(tǒng)的運(yùn)行水平得到了進(jìn)一步提升。針對(duì)改型后的油泵，進(jìn)行大量分析研究，制定下發(fā)了“新區(qū)分公司煉鋼廠A4VSO180DR型恒壓變量軸向柱塞高壓泵調(diào)節(jié)、安裝和維護(hù)的管理實(shí)施細(xì)則”。

改造效果

改造前后指標(biāo)對(duì)比見表2。改造需要180油泵7臺(tái)，預(yù)計(jì)5.3萬(wàn)/臺(tái)×7臺(tái)=37.1萬(wàn)，需要相關(guān)配套備件材料投入2萬(wàn)元，施工費(fèi)約為5.2萬(wàn)元。油泵改造投資費(fèi)用預(yù)計(jì)為44.3萬(wàn)元。改造一年來已經(jīng)減少相關(guān)備件材料消耗47萬(wàn)元，改造提高了產(chǎn)量1980 t/a，整個(gè)改造產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益≥50萬(wàn)元/a。同時(shí)改造大幅降低了液壓系統(tǒng)設(shè)備的事故、故障率，降低了設(shè)備的維護(hù)檢修強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)組織效率和鑄坯質(zhì)量等。

表2 改造前后的指標(biāo)對(duì)比表

結(jié)束語(yǔ)

140油泵的性能與改造后冷床的實(shí)際情況不匹配是造成其頻繁損壞的主要原因，液壓系統(tǒng)安裝、調(diào)試、維護(hù)、操作不當(dāng)是造成其頻繁損壞的次要原因。油泵換型為180油泵可行性好，油泵換型改造取得了明顯實(shí)效，有效解決了140油泵頻繁損壞的難題。換型改造實(shí)現(xiàn)了3臺(tái)連鑄液壓系統(tǒng)主油泵的互換性，油泵換型改造充分利舊，實(shí)現(xiàn)低成本改造。

[1] 檢修工程師手冊(cè)編委會(huì). 機(jī)械工程師手冊(cè). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009

[2] 曹心圣，張俊維. A4VSO型恒壓變量軸向柱塞泵的設(shè)定與故障處理方法. 液壓與氣動(dòng)，2001(1)，45

[3] Rexroth Bosch Group. Axial Piston Variable Pump A10VSO.Germany：Bosch Rexroth AG，2006

[4] Rexroth Bosch Group. Variable Displacement Pump A4VSO.Germany：Bosch Rexroth Corporation，1997