桁架式甲醇装车鹤管钢丝绳断裂故障保护

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【摘 要】 本文通过液压桁架甲醇装车鹤管发生钢丝绳断裂的原因分析，提出了利用控制液压马达的液压油进口压力的方法，使钢丝绳的断裂故障得以保护，防止了因为钢丝断裂而造的不安全因素。

【关键词】 液压 液压马达 电磁阀 压力开关 钢丝绳

吐哈油田甲醇铁路装车鹤管采用是液压桁架式自动对位鹤管，自从安装使用以来，多次发生故障造成提升鹤管的钢丝绳断裂，使鹤管落入铁路罐车内，给装车安全带来很大的威胁。

1 造成钢丝绳断裂的原因分析

液压桁架式鹤管的伸缩是由主液压泵的液压油通过控制电磁阀进入液压马达，液压马达带动卷扬机通过钢丝绳来拉动鹤管，实现鹤管伸缩。鹤管伸缩的定位是通过旋码器与接近开关来实的。然而在操作过程中造成钢丝绳断裂的原因是：

1.1 控制电磁阀发生故障

控制电磁阀是由常闭电磁阀通过远程点动按扭控制液压油的通断。当电磁阀出现阀芯卡死或电磁阀的复位弹簧失效等故障后，电磁阀不能及时关闭，这样液压油就一直使液压马达转动，使定位的接近开关不能起到保护作用，当鹤管到达上死点就会使钢丝绳断裂。

1.2 旋码器出现发生故障

旋码器是为鹤管下落进行定位的，它是通过记录卷扬机的转动圈数与设定圈数作比较，当记录的圈数与设定圈数一致时，就给控制电磁阀一个信号使控制电磁阀断电关闭，液压油不能进入液压马达，使液压马达停止转动。而当旋码器出现故障时，记录的卷扬机转动圈数出现误差时，就会使鹤管下落定位不准，使本应由钢丝绳承担鹤管重量的而由鹤管内的定位铜环承担，当装车时在甲醇的冲击下，定位铜环脱落，使鹤管内的伸缩管不能连结，当提升鹤管时就有可能出现伸缩管卡住，造成钢丝绳断裂。

虽然通过清理液压油内的杂质和定期对电磁阀及旋码器进行维护保养，可以降低钢丝绳断裂的频率，但不能有效的防止出现上述故障后而不使钢丝绳断裂。因此要解决这个问题，就必须从液压马达上进行控制。

2 液压马达的工作原理

在液压油作用下，使马达内转子在不平衡力的作用下产生转矩，推动泵内转子转动产生机械能。液压马达的输出转矩与液压马达的排量和液压马达进出油口之间的压力差有关，其转速由输入液压马达的流量大小来决定。

桁架铁路装车鹤管所使用的液压马达是带制动摆线液压马达，是由摆线液压马达与多片式磨擦制动器组合而成的。当马达供油时压力达到1.8MPa时能自动开启制动器，使马达转动；当停止供油时制动器动作，使马达制动。其型号为：ZBM4/200-FBK1Y7，技术参数如表1：

从上述参数表可以看出，液压马达扭距与供油压力有关，也就是供油压力越大，其拉力越大，所以要防止鹤管钢丝绳拉断，就是当出现鹤管卡死时，使油压下降，以降低液压马达的扭距。

3 液压马达扭距与供油压力的关系

3.1 液压马达的扭距计算

液压马达扭距的计算公式为：T=P*Vη/2π

其中：P为马达液压油进出口压力差，

V为液压马达的液压油排量

η为液压马达的总效率

而对同一台液压马达来说其液压油排量与总效率一定，则：

T1/T2=P1/P2 （1）

3.2 钢丝绳断裂所需要的最小扭距

甲醇装车桁架式鹤管所使用的提升鹤管总重量为290Kg，而提升鹤管的钢丝绳型号为7×19-zx-6-1570，所以钢丝绳的抗拉强度为1570N/mm2，因此钢丝绳的最大受力为：

1570*（36/4）*3.14=44368（N）=4525（Kg）

也就是钢丝绳可以承载最大拉力约为4.5吨，其钢丝绳断裂的最小扭距为：44.368N·M。

3.3 计算钢丝绳断裂液压马达的压力差

根据现在所安装的油压马达的参数及计算的钢丝绳拉断所需的最小扭距，利用公式（1）可计算出当液压马达拉断钢丝绳时的最小压差：

P2=T2*P1/T1=44.368*16/387=1.83MPa.

从现场的测量来看，液压马达的回油压力为1.0MPa，所以，要使钢丝绳拉断其供油压力应为2.8MPa。

4 钢绳拉断的保护改造

根据液压马达的工作原理、以上理论计算数据及现场鹤管液压马达压力测试分析可知：液压马达的扭距在一定条件下随着载荷的增加而增加，同也使进入液压马达的液压油压力增加（如表2）。

为此要防止在鹤管出现故障时不使钢丝绳拉断，也就要使鹤管负荷达到一定值时使进入液压马达的液压油压力下降，这样才能使液压马达的扭距降低，使钢丝绳不被拉断。

4.1 改造原理

要控制液压马达的油压，就是要使液压管内的一部分液压油不进入液压马达，使其与液压马达的回油线连通，降低油压。因此在液压马达的进油管线上安装一个压力开关，同时利用电磁阀将液压马达的进油线与回油线连通，给压力开关一设定值，当管线内的压力达到设定值时，压力开关输出一个电信号使电磁阀打开，液压马达进口的液压油通过电磁阀返回到加油线上，使液压马达的压差降低，扭距减小防止钢丝绳断裂。其中原理图如图1：

4.2 电磁阀及压力开关的选型

在改造过程中关键仪表为压力开关和泄压电磁阀，所以选择适合的参数是保证改造结果和安装的关键。

（1）电磁阀的选型：

液压桁架式甲醇铁路装车鹤管系统的液压压力最大为8MPa，液压管线为￠18。因此电磁阀的参数为：

状态：常闭型 压力等级为：4MPa

供电电压：24V DC 接口口径：￠12

连接方式：内螺纹

安全等级：防爆型

（2）压力开关的选型：

压力开关的作用是来控制电磁阀的开启。所以选型参数为：

压力等级为：4MPa 接口口径：￠12

连接方式：外螺纹 供电电压： 24V DC

输出点为：可调的一点输出 常开

现场压力显示。

通过以上改造，可以有效的防止鹤管在上升过程中由于故障而导致钢绳拉断，同时也可为操作人员提供故障报警，减少了维修工作量，确保安全。