KD100型液压泥炮故障分析与改造.doc

KD100型液压泥炮故障分析与改造摘要 液压泥炮是高炉的关键设备, 液压泥炮发生故障造成高炉减风、休风成为制约 高炉生产的瓶颈。分析液压泥炮不同故障产生的原因并制定相应解决方案, 从而有效地保证液压 炮稳定运行 , 保证了高炉的正常生产。关键词 高炉液压泥炮 故障分析 改造1 概述BG75型改为KD100型。与BG75型液压泥炮相比, KD100型液压泥炮采用斜 底座, 没有单独的压炮机构, 其压炮动作是伴随着转臂的回转过程完成的, 因此具有结构简单、操作方便的特 点。但是, 在 KD100型液压泥炮使用前期也发生了很多故障: 主要有液压泥炮堵口 时炮口漏泥, 液压管路漏油, 吊挂机构鞍座与上盖之间的连接螺钉断、鞍座及打泥机构整体脱落 等, 多次造 成了高炉减风、休风, 成为制约高炉生产的瓶颈。2 故障分析及改进2. 1 液压泥炮堵口时炮口漏泥2. 1. 1 压炮力不足造成炮口漏泥液压泥炮堵口时, 如果炮嘴对铁口泥套的压紧力不足, 液压炮打泥时炮泥对炮嘴产生的反作用力就会破坏 炮嘴 与泥套 的密封 程度, 造 成炮 口漏泥。液压泥炮的动作由以下几个运动组成: 回转油缸 - V 形杆 - 机架组成的曲柄滑块运动, V 形杆 - 小连杆 - 转臂 - 机架组成的四连杆运动, 转臂 - 吊挂机构 - 控制连杆 - 机架组成的四连杆运动, 以及打泥机构的装泥和打泥运动。液压泥炮系统工作压力 P = 16M Pa, 回转油缸活塞直径D 1 = 140mm, 打泥油缸 活塞直径为 D 2 = 300mm,打 泥 泥 塞 直 径 D 3 = 450mm, 炮 嘴 内 径 D 4 =2246176N。如图 1所示, 液压炮在 堵铁口状 态时, L 1 =730mm, L 2 = 350mm, L 3 = 400mm, L 4 = 2161mm, 在V 形杆 - 小连杆 - 转臂 - 机架组成的四连杆中,由力矩平衡得:F 1 ! L 1 = F 2 ! L 2F 3 ! L 3 = F 4 ! L 4由于小连杆为二力杆, 故F 2 = F 3由以上三式 可得, 堵铁口 时的压 炮力 F 4 =95039N。液压炮打泥时炮泥对 炮嘴产生的反 作用力的裕量 = F 4 - F 5 = 14655N, 满足压炮力裕量最低要求为 20000 30000N。因此, 如果系统压力波动或因机构磨损而使力的传递效率降低, 都会引起压炮力下降, 炮嘴与泥套的密封 程度降低, 进而导致炮口漏泥。图 1 处于 堵口状态的液压泥炮简图1 打泥机构; 2 吊挂机 构; 3 转臂; 4 控制连 杆;5 小连杆; 6 回转油缸; 7 V 形杆; 8 机架解决方法有两个:1)增大系 统的工作压力以增大压炮力。当系统工作压力增大到 P = 22MP a时, 压炮力 F 4 =130679N, 炮泥对炮嘴反作用力 F 5 = 110528N, 裕量为 20151N; 当系统工作压力增大到 P = 33M Pa时, 压炮力 F 4 = 196019N, 炮泥对 炮嘴反作 用力F 5 = 165792N, 裕量为 30227N。可以看出, 增大系统的工作压力, 虽然压炮力增大, 但炮泥对炮嘴的反作用力也随之增大, 因此裕量提高并不明显。2)增大回转油缸的活塞直径以增大压炮力。回转油缸的活塞直径增大到 D 1 = 160mm, 系统工作压力仍保持 P = 16M Pa, 炮泥对炮嘴的反作用力 F 5 = 80384N 不 变, 而 回 转 油 缸 推 力 F 1 =321536N, 压炮力 F 4 = 124134N, 则裕量为 43750N20000 30000N, 完全可 以确保炮嘴与 泥套紧密接合。因此, 选择增大回转油缸的活塞直径以增大压炮力的方法。2. 1. 2 保压性能差造成漏泥图 2 改进前液压炮手动阀台工作原理图1 手动换向阀; 2 液控单向阀;3 单向节流阀; 4 高压软管由于液压系统保压 性能差使打泥 过程中液压炮回转机 构产 生后退 造成 漏泥, 图 2 是 三钢KD100型液压炮改 进前的手动操作阀 台工作原理图, 可以看出, 手动换向阀 1. 2在右位时, 液压炮回转油缸活塞杆伸出, 回 转机构前进, 当液压炮炮嘴压住铁口泥套且回转油缸无杆 腔的压力升至系统工作压力后, 手动换向阀 1. 2切换至中位, 紧接着手动换向阀 1. 1由中位切换至右位开始打泥, 在打泥的动作过程 中, 回转油 缸无杆腔的保压是由液控单向阀 2. 1来控制完成。但是,在手动换向阀 1. 2从右位切换至中位时, 回转油缸和手动换向阀 1. 2之间的油路被切断闭死, 回转油缸有杆 腔到手动换向阀 1. 2之间 的油路仍保持有一定的压力, 即液控单向阀 2. 1的控制油路仍有压力存在, 以至液控单向阀的阀芯处于浮动状态而不能立即关闭, 直至由于手动换向阀 1.2内泄使得液控单向阀 2. 1的控制油路泄压, 液控单向阀才能完全关闭, 而在 此过程中, 回转油缸无杆腔的压力由于液控单向阀没有关 闭随着手动换向阀 1. 2 的内泄而下降, 因此, 泥 炮的压炮力在打泥过程中逐渐下降, 当压炮力低于炮泥对炮嘴产生的反作用力时, 液压炮的回转机构便发生后退, 造成炮嘴脱离泥套而发生炮口漏泥的现象。解 决 方 法: 将 手 动 换 向 阀 型 号 由 原 来 的34SM - B20H - T 改为 DMG - 06 - 3C60- 50, 手动换向阀 DMG- 06- 3C60- 50具有 H 型滑阀过渡机能, 如图 3所示, 当液 压炮回转油缸 活塞杆伸出, 炮嘴压住铁口泥套且回转油缸无杆腔的压力升至系统工作压力后, 手动换向阀 1. 2从右位切换至中位的过程中, 液控单向阀 2. 1的控制油路与回油 路直接 接通, 控制 油路 的压 力迅速 下降, 液控单向阀 2. 1的阀芯随即归位切断回转油缸无杆腔的油路, 从而实现液控单向阀应有的锁定功能。图 3 改进后 液压炮手动阀台工作原理图1 手动换向阀; 2 液控单向阀;3 单向节流阀; 4 高压软管; 5 溢 流阀2. 2 管路漏油现象从图 2可以看出, 手动换向阀 1. 2在右位时,液压炮回转油缸活塞杆伸出、回转机构前进, 到位后, 如果手动换向 阀 1. 2 没有回中位 (即换向阀 1. 2仍在右位 ), 而手动换向阀 1. 1 由中位切换到右位, 这时, 打泥 机构虽然可以实现 打泥动作, 但是打泥油缸的有杆腔与回转油缸的无杆腔接通, 也就是打泥油缸有杆腔的回油没有回流到油箱, 而是进入回转油缸的无肝腔, 因此, 打泥油缸对回转油缸产生增压作用, 其增压倍数为打泥油缸无杆腔与有杆腔的面积比 = 1. 56, 系统工作压力为 16M Pa, 则回转油缸无杆腔的压力为 1. 56 16M Pa= 24. 96M Pa, 因此会造成回转油缸无杆腔管路因超压而发生油液泄漏。改进方法: 如图 3所示, 在手动换向阀 1. 1和1. 2之间的油路上增设溢流阀 5, 调定溢流阀 5的压力为 16M Pa, 这样可以保证系统不超压。图 4 改进前液压炮控制连杆和打泥机构的连接1 打泥机构; 2 鞍 座; 3 转臂; 4 轴承; 5 上 盖;6 螺钉 M 24; 7 缓冲器; 8 销轴; 9 控制连杆2. 3 鞍座及打泥机构下沉甚至整体脱落图 5 改进后液压炮控制连杆和打泥机构的连接1 打泥机构; 2 鞍 座; 3 转臂; 4 轴承; 5 上 盖;6 螺钉 M 24; 7 缓 冲 器; 8 销 轴; 9 控 制 连 杆;10 螺杆 M 56; 11 控制 连杆座KD100型液压泥炮 的打泥机 构长度为 3. 65m、重量为 3t(不包含液压油及炮泥的重量 ), 通过吊挂机构鞍座的两耳轴及缓冲器三个点固定, 鞍座与上盖通过 8个 M 24内六角螺钉连接固定, 如图 4所示。这 8个螺钉除了承受鞍座及打泥机构的重量外, 在转臂 - 吊挂机构 - 控制连杆 - 机架组成的四连杆运动中, 吊挂机构的力矩也是通过这 8个螺钉来传递给打泥机构, 由于传递的力矩很大, 而这 8 个螺钉分布的分度圆很小 (分度圆直径为 250mm ), 也就是 作用力 的力臂 很短, 因此, 螺钉所受的剪切力很大, 特别是在堵 口时炮嘴与泥套剧烈冲击对的这 8个连接螺钉 产生很大的剪切力以及瞬间冲击力。另外, 由于进炮和退炮速度过快、进炮和退炮时 的突然停顿, 都会将鞍座及打泥机构重量所产生的惯量、以及俯冲所产生的势能、动能都加载到 连接螺钉之上, 导致这 8个内六角螺钉的松 动。连接螺钉 一旦松动, 打泥机构就会左右摆动, 使连接螺钉 松动加剧, 吊挂机构上盖与鞍座之 间的配合间隙 增大,鞍座与打泥机构下沉。如果没有及时发现, 势必因剪切力以及瞬间冲击力将连接螺钉剪断, 最终酿成鞍座及打泥机构整体坠落的事故。解决方法: 如图 5 所示, 取消吊挂机 构上盖的燕尾板部分, 同时在打泥机构上焊接控制连杆座 11, 控制连杆与吊挂机构上盖的连接取消, 改为控制连杆与打泥机构上的连杆座连接, 即把原来的转臂 - 吊挂机构 - 控制连杆 - 机架组成的四连杆运动, 改为转臂 - 打泥机构 - 控制连杆 -机架组成的四连杆运动。在打泥机构上 焊接控制连杆座时, 必须注意控制连杆座销轴的空间位置保持一致, 保证改造后炮嘴的运动轨迹与改造前炮嘴的运动轨迹一致。这样, 吊挂机构鞍座与上盖的连接螺钉因不传递力矩而不受剪切力, 仅承受鞍座及打泥机构重量所产生的拉力。另外,为加强鞍座与上盖的连接强度, 在鞍座中心加焊一个 M 56螺栓用于连接鞍座及上盖, 从而进一步减轻 8个螺钉的负荷。3 结束语改造后的液压泥炮 彻底解决了原 来设计的不足, 性能稳定, 运行可靠, 迅速推广到三钢其它几座高炉的液压炮上, 杜绝了因液压泥炮故障而引起的高炉减风和休风, 取得明显的经济效益。参考文献 1中国 冶金 设备 总公 司. 现代 大 型高 炉设 备 及制 造技术. 北京: 冶金工业 出版社, 1996 2周曲珠, 芮延年. 高 炉炉前液压泥炮的常见故 障分析.苏州: 苏州大学学报, 2006 3徐灏. 机械设计手册. 北京: 机械工业出版社, 1995 4雷天觉 主编. #新编 液 压工 程手 册 . 北 京: 北京 理工大学出版 社, 1998