卸船机起升开闭减速箱稀油润滑系统改造

王杰

（沧州黄骅港矿石港务有限公司，河北沧州 061113）

0 引言

卸船机抓斗起升、开闭及小车行走采用四卷筒机械差动机构传动形式，抓斗的不同动作均由机器房内差动机构实现。四卷筒机械差动机构的所有动作由2 台起升电机、2 台开闭电机、1 台小车电机和2 台行星差动减速机及相关制动器按一定规律配合实现。在整个动作过程中2 台行星差动减速机起核心作用，是卸船机最关键的部件之一。因此，要实现卸船机的正常高效运转，减速机日常维护保养就显得尤为重要。

1 背景

某港卸船机减速箱型号为TJ9225，工作级别为M8，载荷状态为L4，工作强度大。所用润滑油为L-CKC320。由于减速箱体积较大，每台减速箱润滑油池所需加油量为1900 L，单靠箱内齿轮的转动形成的飞溅润滑无法满足箱内各部位摩擦副的自动润滑要求，所以采用了均匀高效的喷射润滑方式。每台减速箱的稀油润滑系统各配有一套外置稀油润滑系统，2 台螺杆液压泵（1 台为主动泵，1 台为备用泵）通过系统油路从减速箱下部油池中吸取润滑油，加压后通过相应管路及控制系统输出到减速箱顶部的喷射油嘴将润滑油喷洒到箱体内部的各个转动摩擦副上形成油膜以减少相应转动部位的磨损，延长减速箱的使用寿命。

稀油润滑系统在冬季运行过程中问题不断，压力、流量等各项指标参数均不符合相应设计参数，且由于运行压力超过设计标准，压力表等各种辅助部件时常出现问题，且漏油情况时有发生，导致停机维修，大大降低了卸载效率，对稀油润滑系统进行技术改进势在必行。

2 存在问题

2.1 系统结构分析

稀油润滑系统工作原理如图1 所示。通过吸油过滤器，螺杆泵从减速箱油池中吸取润滑油，通过双螺杆泵进行加压输出（双螺杆泵有2 台，1 台为主动泵，1 台为备用泵，当输出系统压力过低时，备用泵启动，保障系统正常工作）。输出的油液通过双筒过滤器，再经过2 个数显温度继电器（1 个控制冷却风机的启停，当温度高于60 ℃时冷却风机启动，温度低于50 ℃时冷却风机停止；1 个提供温度报警信号，当温度高于80 ℃时高温报警，温度低于30 ℃时低温报警）。1 个数显压力继电器（控制备用泵的启停，当管路压力小于0.15 MPa 时备用泵启动，当管路压力大于0.2 MPa 时备用泵停止，当管路压力小于0.1 MPa 时低压报警）。到达风冷却器，冷却后通过胶管输送到减速箱顶部的各个喷头，润滑减速箱内零部件。其中，安全阀和胶管总成为溢流回路，当螺杆泵输出端压力过大时对油液进行溢流。

图1 稀油润滑系统原理

2.2 系统主要问题

（1）由于冬季机器房内温度较低，而润滑油的黏度随温度降低急剧增大（黏温曲线），系统在冬季作业初期油温较低的一段时间内，减速箱上部油液喷头喷嘴较小，不能对润滑油快速有效排出，降低润滑效果的同时导致系统压力增大，螺杆泵负载增大，出现螺杆泵电源空开频繁跳闸的情况，严重影响作业效率；同时，安全阀排量较小，不能对系统润滑油快速有效排出，起不到降低系统压力的作用。

（2）稀油润滑系统不能对管路润滑油流量进行准确显示，原稀油润滑系统只有一个流油指示器，只能肉眼观察是否有油液流动，不能判断系统流量是否异常，是否能有效对减速箱内齿轮进行润滑。

3 技术改进方案

3.1 降低压力增大流量

为降低压力增大流量，对系统进行了如下改进（所有计算均假设在40 ℃理想温度，压力为额定0.4 MPa，流量为90 L/min条件下）

（1）在风冷却器处增加旁路，使之在冬季油温较低无需启动风冷的条件下，通过旁路风冷却器，降低油液通过风冷却器的压力损失，加大系统末端喷嘴处的压力，增大喷油流量。经现场实际测定，在40 ℃时，打开旁路后系统测定压力减小0.04 MPa，即风冷器的压力损失为0.04 MPa。

（2）将回油管路直径增大，更换较大直径的回油管路。橡胶管路沿程压力损失表达式[1]为：

原管路d=38 mm，l=4000 mm，根据式（1），可以得出其沿程压力损失为：

更换后的管路d=51 mm，l=4000 mm，根据式（1），其沿程压力损失为：

根据以上计算可得，更换管路后，管路压降可减小：

（3）减速箱上部喷油嘴原始设计喷孔直径较小，不能将润滑油快速、高效排出，导致系统工作压力增大，降低内部齿轮润滑效果。本次技改将减速箱上部喷油嘴更换为较大喷口直径的喷油嘴，由原来的1/4pz4760QZ2 更换为1/4pz5960QZ2，加大润滑油排量，减少流动阻力，从而对齿轮配合部位起到更好的润滑作用[2]。

其中，1/4pz5960QZ2 喷嘴直径为2.5 mm，1/4pz4760QZ2 喷嘴直径为2.3 mm，较之前喷嘴总面积增大18.46%。

系统油嘴更换前后单个喷嘴流量可用下面公式近似计算：

式中 c——对于确定的系统及温度，可视为常数

A——喷嘴截面积，m2

ΔP——压差，MPa

ρ——油液密度，kg/m3

由式（7）可知，更换喷嘴后流量可增大35%左右。综上所述，管路压力损失减小后可增大喷头压力ΔP，从而增大流量Q。

（4）在增强喷油能力进而降低压力的同时，系统安全阀也更换为更大排量的型号，从而在初始油温较低阶段保障系统压力不会过高。

安全阀要发挥其对所保护液压系统的防超压安全泄放作用，必须同时满足以下条件：一是安全阀动作及时可靠，二是排量必须足够大。如果所选安全阀的排量过小，小于需求值，即使安全阀准确动作并及时排放，液压系统内压力将依然上升，直至发生超压破坏[3]。由于润滑系统原始设计安全阀排量较小，不能将润滑油高效快速排出，无法达到降低系统压力的作用。本次技改对安全阀进行了更换，由原有的AF-E32/0.5 更改为A21H-16C，增大润滑系统溢流能力，防止润滑系统油压过高而造成油路中密封连接处漏油等现象的发生。

通过上述改进，增强了润滑喷油嘴端的出油能力，有效降低了系统启动初期油黏度较大阶段系统的压力，保障减速箱的润滑能够高效持续运行。

3.2 更换数显流量继电器

为准确显示系统流量，将流油指示器更换为数显流量继电器，如图2 所示，流油指示器额定压力为0.63 MPa，在稀油润滑系统运行初期，系统压力持续过载，可视观察窗口由于压力过大爆裂漏油，后将其可视窗口用不锈钢板代替，流油指示器已不能起到监视油液流动情况的作用。本次改造，将流油指示器更换为数显流量继电器，既能准确实时显示系统流量，还能通过设定相应参数反馈给控制系统，在流量过大或过小时发出报警信号，便于及时发现系统异常情况并进行处理。例如，当系统出现漏油等情况后，流量必然降低，这时就能及时发现。

图2 流油指示器及数显流量继电器

数显流量继电器采用NEXON 的带有智能显示控制单元的流量传感器，它采用三线制4～20 mA 电流进行流量信号的输出，传送至模拟量输入模块，进而进入PLC。以起升减速箱稀油润滑系统为例，系统流量读取的程序如图3 所示。

图3 起升减速箱强制润滑系统流量读取

在程序中，使用0 到27 648 的工程量来代表0～250 L/min的流量信号，工程量0 对应流量0 L/min，工程量27 648 对应流量250 L/min，系统实时读取的工程量值PIW584 转化为实际的流量值DB600.DBD792。当系统读取到的工程量值超出0 到27 648 的范围时，程序报出故障M179.0，这时数显流量传感器已经发生零点漂移或者超载，需要校准或更换。

根据管径、润滑油黏性以及使用情况得出，当系统流量低于40 L/min时，减速箱齿轮得不到足够润滑，这时系统应发出警报提醒司机，以便对系统流量异常情况进行处理，流量低报警程序如图4 所示。在卸船机起升、开闭、小车机构均无动作时，系统无论流量大小均不报警；当起升、开闭、小车机构中有一方动作时，系统流量低于40 L/min 超过5 s，系统就会报警，触发司机室蜂鸣器。这里设置5 s 延时，可以避免因系统流量瞬时过低造成的误报警。

图4 起升减速箱强制润滑系统流量低报警

将系统流量低报警直接显示在司机室触摸屏上（图5），再加上蜂鸣器的鸣响，可以帮助司机快速判断故障，及时联系技术员解决强制润滑系统问题。

图5 流量低报警监控画面

4 技改效果

经过一年多的实际使用，现基本满足了系统的使用要求，系统流量稳定在60～90 L/min，系统压力保持在0.4 MPa 左右，满足了各零部件的设计能力，损坏频率明显降低，系统漏油情况显著减少。数显流量继电器接入到控制程序中后，系统漏油，螺杆泵异常等原因引起的流量变小都能及时发现，及时处理和改进。本次改造使得卸船机起升开闭减速箱稀油润滑系统在冬季运行过程中故障次数和故障台时明显减少，卸船效率显著提高，而且润滑效果的改进可以大幅度延长减速机的使用寿命，减少润滑系统的维修频率，减少相关备件的使用量。