1故障现象及检查过程
许昌市公路总段1995年购进了一台VO¨GELES1800摊铺机,使用初期曾摊铺过水泥稳定碎石混合料,使用三年(工作2 500 h)后,在摊铺二灰稳定砂混合料时,刮板输送器有时会停转,排除机械故障和电气控制系统故障的可能后,发现工作时液压油温度高达65℃(该机正常油温为55℃±5℃),因此怀疑因系统油温过高且油液被污染使比例电磁阀卡住导致刮板停转。拆开检查清洗阀芯、阀体后故障有所缓解,但偶尔仍会出现刮板停转。继续坚持工作约10 h后,左右刮板均停转,仅开单边刮板也不能运转,观察刮板驱动链条有抖动,说明液压油路畅通,怀疑可能是系统压力不足,此时关闭螺旋分料器,用测压表测量左、右刮板液压系统工作压力,左侧为25.5 MPa,右侧为25.3MPa,均超过系统规定的最大压力(25 MPa),因此可以排除系统压力不足造成故障的可能。
2 故障产生的原因
2.1 液压系统
既然系统压力能建立起来,为何刮板不转呢?由液压传动的基本理论可知,系统的压力取决于负载,系统压力达到最大值就说明外负荷已经很大,能不能克服这种大负荷则不仅仅取决于系统的工作压力P,还取决于液压泵输送到液压马达的流量Qm,而液压泵输送到液压马达的功率N=(P-ΔP)Qm(ΔP)QbηC,(其中ΔP为系统的压力损失;Qb为液压泵的输出流量;ηC为系统的容积效率)。在超负荷的工况下,一方面由于很高的工作压力会在系统中产生大量的热量,使液压油的粘度减小,系统泄漏加剧;另一方面因为在一定范围内泄漏量与压力成正比使Qb和ηC显著降低(液压泵输出的流量大部分用于补偿系统的泄漏),流到液压马达的流量也自然会减小,从而造成液压马达所能输出的有效扭矩减小以至于不能长时间克服大负荷。特别当系统工作压力已达到溢流阀的调定压力,液压泵处于卸荷状态,压力油经溢流口流回液压油箱时,此过程会在系统内产生大量热量使油温升高从而使系统的内部泄漏更为严重,因此系统就更不可能克服这样的大负荷了。
为了证实以上的分析判断,使发动机处于怠速下运转,打开两边刮板,发现左边刮板运转虽然很慢但尚能连续运转,而右边刮板会出现时断时续的缓慢运转。由于两边的刮板是同一个液压泵驱动的,两者在回路中是并联关系,因此关闭左边刮板,发现右边刮板运转状况得到很大改善,运转速度也较正常。与机械出现故障前发动机怠速下两边刮板运转情况相比较,出现故障前刮板运转速度要比此时快得多,从而充分说明了系统已出现了较严重的泄漏。从各液压元件的疲劳寿命来看(如该机液压泵的寿命为3 000 h),机械使用到一定时期后系统出现泄漏也是正常的,这并不说明机械已不能进行设计允许的摊铺作业,而只表明系统能再胜任大负荷的工作而已。后将该机用于沥青混合料的摊铺,工作320 h也未出现刮板停转的现象,这又进一步说明了以上的分析判断是完全正确的。
2.2 负荷
机械克服外负荷所需的驱动扭矩为
Mk= 1 000KdbhLRμ0ρg (N·m)
式中:Kd—动力系数(起动最大扭矩与额定扭矩之
比),Kd=1.5~1.7;
b—刮板的工作宽度,m;
h—闸门高度,m;
L—刮板输送器向后输送料的距离,m;
R—驱动链轮半径,m;
μ0—混合料输送阻力系数,与所摊铺混合料的
种类性质有关,对细粒和中粒沥青混合料,
μ0=1.4~2.1;对粗粒沥青混合料,μ0=1.6~2.5;
ρ—所移动的混合料(松散料)的密度,t/m3;
g—重力加速度。
从上式可知混合料输送阻力系数越大,克服负荷所需要的扭矩相应就越大。而工作中所摊铺二灰稳定砂的级配是:水泥∶石灰∶砂∶土=6∶16∶64∶26,这种混合料流动性极差,摊铺工作度也较差。根据库仑土压力理论分析,μ0值与混合料的内摩阻角φ有关,且内摩阻角φ越大,μ0也越大,两者成正比关系。由于沥青料的内摩阻角一般在19°~35°,而μ0=1.4~2.5,这种二灰稳定砂的内摩阻角约为32°~40°,因此可以断定对这种混合料计算负荷时μ0应在2.3~2.9之间,因此刮板与这种二灰稳定混合料的运动阻力要比摊铺沥青混合料大得多。同时由于这种混合料的内部摩擦阻力较大,使位于刮板输送器上和接收料斗内的混合料上下层(不运动层和运动层)之间的摩擦阻力也较大,需要有更多的功率消耗在克服这些摩擦阻力上。
2.3 使用不当造成故障的可能
该机购进后就被用于水泥稳定碎石混合料的摊铺工作(约800 h),碎石层厚度一般都在25~30 cm且都是机械最大摊铺宽度施工(10.75 m),由于经验不足造成了机械的过早磨损。另外因经验不足该机曾加入劣质液压油,工作一段时间发现系统工作无力后,更换了液压油,但由于条件有限,当时没有及时对整个液压系统进行清洗。从使用中的问题来看,系统逐渐出现一定的内部泄漏从而导致机械无力再克服超大负荷的工作也是在所难免的。
3 结语
(1)购进的新机不应长时间在超大负荷下工作,确需进行这种作业也应减小摊铺机的生产率,或采取两台摊铺机并排、梯形作业。施工实践证明:只要能妥善处理好摊铺中的接缝工艺,一方面可以保证较轻的物料离析;另一方面可以保证在路面全幅宽度上混合料的密实度均匀一致,满足横坡设计要求。由于这种施工工艺既能保证摊铺质量又能减小机械的负荷,因此在摊铺宽度大于9 m且条件允许的情况下,应优先考虑。
(2)应加强进口摊铺机液压系统的保养,进口沥青混凝土摊铺机大多采用液压机械传动,据统计,此类机械液压、电气控制系统的故障占机械总故障的90%以上,而造成液压系统故障70%的原因是液压油的清洁度,由此也说明加强液压系统保养的重要性。具体在使用中应注意以下几点:
1)加入液压油箱的液压油应采用清洁的容器,将液压油经滤油器过滤后再加入系统,液压油的更换期视所采用的油液质量而定,一般1 000 h应更换液压油一次,值得注意的是更换液压油应在工作温度下进行。另外为了保证液压系统的散热良好,还应定期清洗液压油散热器,使液压油保持正常的工作温度。
2)鉴于施工环境恶劣的现实,液压油滤芯的更换周期也应缩短,以750 h为宜,且更换前应检查新滤芯,已变形、污染、生锈的滤芯应立即抛弃,严禁使用。
3)每日开始工作前,启动发动机后应怠速运转一段时间后,再操纵各执行元件开始工作,这不但对发动机的工作极为有利,同时也有利于液压泵的正常使用。在工作过程中应注意观察液压油的油量、温度及各部件的振动、噪声、壳体温度及泄漏情况,这对及时掌握液压系统各部件的工作情况非常重要。
