提梁机冷却系统马达损坏原因分析

杨子平

摘 要：提梁机作为桥梁建设中专门进行箱梁起吊的一种门式起重机，其在当前高铁建设项目中也得了广泛的应用。文章以900t提梁机为研究对象，重点酒气冷却系统马达损坏的原因展开分析。

关键词：900t提梁机;冷却系统;马达;损坏原因;故障处理

为了保证铁路线路平顺性、防止线路沉降、不受地形限制、节省土地以及防止与其它铁路线路交叉等，高速铁路经常需要修建桥梁。我国已建成的高速铁路桥梁占比较高，一般达到50%～60%，有的甚至达到80%～90%。高架桥一般采用双线整孔箱梁结构，梁长30多米，重量近900吨，因此在制梁场内实现移梁、运梁和上梁的门式起重机成为施工过程中不可缺少的设备。“提梁机”作为专业术语，于2005年首次出现在中国，这样制梁场专用的“门式起重机”就带上了一顶崭新而实用的桂冠。大多数轮胎式提梁机采用液压驱动，具有传动平稳、体积小、无级调速等优点。但其液压系统存在发热的问题，需要采用散热装置对系统进行散热。文章针对900t提梁机冷却系统风扇马达出现齿面磨损、轴断裂等故障，找出故障产生的原因，对系统进行改进，故障现象消除。

一、提梁机典型结构

提梁机的组成部分主要包括主体结构、电控系统、支撑及转向机构、大车走行机构、液压系统、变幅机构、操作室、起升机构、发电机组、安全装置等，以下主要介绍其中较为典型的三个部分：

（一）主体结构

提梁机的主体结构用来承受混凝土箱梁，主体结构包括四条支腿、端横梁与主梁，构件间采用高强度螺栓联接，便于拆装和运输。主体结构一般采用抗扭性能好的箱形梁形式，其中主梁有单梁、双梁两种形式。

（二）起升机构

起升机构的组成部分包括车架、均衡滑轮、导向滑轮、定滑轮组、动滑轮组、箱梁吊具、卷扬机等，卷扬机安装在主梁顶部两端，电动机通过弹性联轴器经减速机直接驱动卷筒。吊梁小车位于主梁上，并安装定滑轮组，通过钢丝绳缠绕动滑轮组和吊具形成起升机构。吊梁小车底部安滑动板支撑在主梁顶轨道上，通过纵移油缸的推拉作用完成纵向调整对位。

（三）液压系统

提梁机液压系统由转向支承液压泵站、支承油缸、转向油缸、吊梁小车纵移泵站、纵移油缸，以及控制阀组、管路和辅件组成;支承液压泵站操作方式为电控就近控制;每台吊梁小车纵移泵站配两套电控系统，为便于现场调整，1套就近安装，1套安装在司机室。

二、实例分析

（一）某900t提梁机冷却系统原理

冷却系统主要由双联齿轮泵、冷却阀组、冷却器、回油过滤器四部分组成，如图1所示。左侧齿轮泵液压油经冷却阀组、单向阀，流入冷却器散热片，当其对应电磁阀得电后，油液供给其他执行元件。右侧齿轮泵液压油经过主溢流阀、马达电磁阀流入冷却器散热片，当马达电磁阀得电后，油液流入冷却风扇马达，驱动风扇旋转。

图1冷却系统原理图

依据系统原理，对液压元件进行选型。系统采用道依茨215kW发动机，闭式液压系统驱动行走，负载敏感系统驱动转向、悬挂及支腿系统，效率η约为75%，则需散热功率

P=215（1-η）（1）

冷却系统所需当量冷却功率

P′=P（T1-T2）（2）

式中：T1为期望油温60℃，T2为环境温度40℃。求得当量冷却功率为2.6kW。由冷却器样本曲线可知，某品牌T9冷却器在散热片通过流量300L/min、风扇转速1500r/min时满足上述要求。风扇旋转靠马达带动，马达排量V=21mL。发动机带动泵旋转，正常转速为1800r/min，则泵的排量

V=1500V′/1800=16.67mL（3）

将泵的排量圆整为20mL。

为便于计算，将风扇叶片的转动惯量等效为飞轮的转动惯量。由于飞轮整体性较好，风扇叶片间存在间隙，引入不均匀系数k，有：

J=KmD2k/4=0.84kg.m2（4）

式中：J为转动惯量;K为系数，取为0.55;m为质量，m=10kg;D为直径，D=0.9m;k为不均匀系数，取为0.75。

（二）系统建模与仿真

根据液压原理图，创建系统AMESim仿真模型，为便于分析，模型省略了与液压马达旋转无关回路。

电磁阀信号设置为前15s右端工作、后5s中位工作，仿真时间设置为20s，刷新率为100Hz。对仿真系统做如下假设：泵、阀等均为理想元件，无内泄漏。

通过仿真后可知：

（1）前15s内，系统压力逐步趋于稳态，当电磁阀换向时，A口压力由于风扇旋转惯性的缘故，变为-0.09MPa。B口压力由于缓冲阀的作用，在风扇停止转动的2.5s内处于15MPa。马达在前15s内扭矩逐步趋于稳定，在15s时刻，扭矩由33突变到-50N？m。转速在5s内逐渐增大，随后稳定在1700r/min，从15s开始，持续2.5s的时间，转速由1700降到-80r/min。

由此推断，第15s时，由于惯性作用造成马达A口负压，负压可能产生气蚀现象，使齿轮齿面形成类磨损现象。马达额定扭矩为70N？m，系统第15s时，由33突变到-50N？m，频繁的状态切换，造成系统冲击过大，可能是轴断裂的原因。为了验证推断的正确性，将缓冲阀回油口连接到电磁阀A口，将缓冲阀压力由原来的15MPa设定为10MPa，为了尽可能减少冲击，缓冲阀旁路并联直径为1mm的阻尼。改进后的系统，在第15s时，

（2）A口压力为0，没有负压存在，B口压力为10MPa。扭矩由33突变到-35N？m，转速由1700r/min逐渐趋近于0，不存在负转速。由此可推断，系统在运行中不会出现真空和负转速，马达突变扭矩由原来的-50N？m变为-35N？m，冲击性减小，原因是马达达到缓冲阀设定压力，由于设定压力减小，因而扭矩及冲击减小。缓冲阀将多余的流量补充到马达油口的另一端，使真空消除。由于并联阻尼的存在，马达在停止过程增加一个缓冲量，使转速逐步降低，停止过程更平稳。应用更改后的系统，故障现象象消除，系统平稳运行。

总之，通过本文的分析，可以得出如下结论：（1）分析了提梁机冷却系统风扇马达齿面磨损、轴断裂的原因。（2）利用AMESim软件对系统进行建模与仿真，验证了负压是造成齿面磨损、冲击过大是造成轴断裂的原因。（3）对系统进行改进，缓冲阀回油口连接电磁阀A口，压力设定为10MPa，可有效消除系统负压，减小系统冲击，使系統平稳运行。

参考文献：

[1]侯伟.铁路客运专线提梁机施工技术研究[J].四川水泥，2019（10）

[2]马华兵.一种简易高低腿式侧向提梁机的设计与应用[J].西部交通科技，2019（09）

[3]李磊.提梁机液压卷扬系统可靠性管理方法的探讨[J].中国设备工程，2019（06）