Fault Diagnosis and Troubleshooting of Hydraulic System for Hoist Low Speed Brake of Ship Unloader
孙治国① SUN Zhi-guo；葛长清② GE Chang-qing
（①青岛港湾职业技术学院，青岛 266404；②青岛前湾联合集装箱码头有限责任公司，青岛 266555）
（①Qingdao Harbour Vocational and Technical College，Qingdao 266404，China；
②Qingdao Qianwan United Container Terminal Co.，Ltd.，Qingdao 266555，China）
摘要：针对卸船机起升低速制动器出现的蝶簧使用寿命缩短故障，根据液压系统故障排除的一般流程，首先对低速制动器液压系统工作原理进行分析，然后通过仪表测量参数的方法，归纳分析找出压力继电器这个故障源并进行排除，最后剖析其故障原因。
Abstract: In view of the short service life of butterfly spring in hoist low-speed brake of ship unloader, according to the general procedure of troubleshooting of hydraulic system, firstly the working principle of the low-speed brake hydraulic system is analyzed, then by means of measuring parameters of instrument, inductive analysis is made to find out the source of the pressure relay fault and eliminate it. Finally, the cause of the failure is anatomized.
关键词：卸船机；低速制动器；液压系统；压力继电器；故障排除
Key words: ship unloader；low speed brake；hydraulic system；pressure relay；troubleshooting
中图分类号：U653.928.+1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）34-0146-02
0 引言
起升低速制动器是桥式抓斗卸船机起升装置中的一项重要的安全保护装置。起升低速制动器一般是盘式制动器，安装在起升低速轴上，它的制动力较大，工作中碟簧施力制动，液压力驱动打开制动器。起升机构正常工作时，低速制动器是常开的，只有当起升下降超速或手动按急停按钮时，低速轴盘式制动器才发挥制动作用，实现应急制动，故低速制动器也称为应急制动器。低速制动器在港口大型设备中应用比较广泛，如桥式卸船机、岸桥等主起升机构和臂架俯仰机构的低速轴的应急制动。低速制动器工作性能的好坏直接影响着港口的安全生产，低速制动器出现故障后，要求能够第一时间判断故障原因并能正确排除，这对技术人员的故障排除能力提出了更高的要求。下面介绍一例卸船机起升低速制动器液压系统故障排除与改进案例。
1 故障现象
北方某港口一台卸船机的起升低速制动器油缸出现碟簧破碎故障，更换新的制动油缸后，使用一段时间后，又出现碟簧破碎故障，油缸使用寿命明显缩短。
2 制动器液压系统工作原理分析
根据液压系统图查找液压故障是液压系统故障诊断与排除的一项基本方法。在熟悉设备性能和相关技术资料的基础上，认真研究和分析液压系统原理图，掌握液压系统工作原理，进一步弄清系统中各液压元件的作用以及在系统中的相互联系，然后通过向现场操作工等相关人员调查询问以及现场检查检测相关参数等途径，收集故障发生的相关信息，进行归纳分析，初步列出产生故障的原因，再进行调整试验、拆卸检查、处理等步骤进行故障排除。
2.1 低速制动器工作原理
低速制动器通常是液压盘式制动器，产生制动力的主要元件是单作用液压缸，结构上，产生制动力的特制蝶簧安装在液压缸的无杆腔里，液压缸的有杆腔通压力油可以打开制动器。当液压站中的压力油通过电磁阀得电换向的控制进入到制动油缸的有杆腔，压力油推动活塞压缩无杆腔的碟簧，同时活塞杆缩回带动制动器的两个制动臂向外扩张，制动器打开；当电磁铁失电，换向阀复位时，制动油缸有杆腔中的液压油在碟形弹簧力推动活塞的作用下流回到油箱，同时碟形弹簧力通过活塞杆作用在制动臂上，使制动臂向内夹紧，建立起相应的制动力矩，制动器制动。
2.2 液压系统工作原理分析
低速制动器动作控制的液压系统主要由定量泵、压力继电器、蓄能器、二位四通电磁换向阀、节流阀、单作用液压缸等液压元件组成，图1是一组起升机构制动器的液压系统工作原理图。
当卸船机开机进入正常运转时，油泵电动机M即自动启动，电磁铁S1和S2得电，换向阀7A、7B上位工作，油泵输出的油经过单向阀4开始向蓄能器6和制动器单作用液压缸10A、10B的无杆腔供油，随着液压系统压力升高，制动器被打开。若系统压力大于11.5MPa，压力继电器高位发出电信号，通过PLC控制电动机停止运转，液压系统在蓄能器6的作用下处于保压状态，以平衡蝶形弹簧力的制动力，使起升低速制动器处于常开状态；液压系统不可避免的存在内泄露，这会导致系统压力下降，当系统压力下降至9.5MPa时，压力继电器低压触点就会闭合，发出的电信号通过PLC控制油泵电动机启动，油泵又开始往系统供油补充系统压力，如此循环工作。当出现起升下降超速信号或者手动急停时，电磁铁S1和S2失电，换向阀7A、7B复位，即下位工作，制动器单作用液压缸10A、10B无杆腔的液压油通过换向阀7A、7B流回油箱，液压缸10A、10B的活塞杆在蝶簧力的作用下快速伸出，使低速制动器制动。
手动泵11的作用是断电维修时打开制动器用。维修需要打开制动器时，泵2不工作，节流阀9B关闭，截止阀8B打开，使用手动泵向制动器油缸10A、10B无杆腔供油，低速制动器就会打开。本系统还设置有故障保护措施，当电机M启动超过设定时间后，若压力继电器高位还未发出电信号控制电机停机，即认为出现故障，电机就立刻停止工作。
3 故障排除过程
通过液压系统图对制动器液压系统工作原理的分析，单作用油缸碟簧破碎的原因可能是疲劳破坏或者是系统压力过高导致的。因更换新的液压缸后蝶簧还出现寿命明显缩短的故障，可先排除疲劳破坏的原因。
到现场询问操作人员，了解到平常工作中制动器液压站的油箱高温报警器偶尔也会发出高温故障信号让系统停机。运用仪表测量的方法检测压力继电器油口系统工作压力，发现系统压力超过11.5MPa时，电动机油泵依然在工作，系统压力达到14MPa后，油泵电机才停机。通过压力检测出的结果再结合液压系统工作原理进行分析，可以判断压力继电器5出现故障，压力高位发生了飘移，即压力继电器的高位发信号时的压力值超出了设备要求的设定值。
查阅设备技术资料，该压力继电器型号是HED30A，结构是弹簧管式，内部有两个微动开关，一个微动开关感应到低压，其连锁控制的电路就接通；另一个微动开关感应到高压，其连锁控制的电路就断开。根据压力检测的结果知道压力继电器高位发生漂移，检查其高位微动开关调整元件发现未定位锁紧，原因可能是卸船机工作振动等造成的。重新调整高位压力微动开关到11.5MPa，并锁紧定位，恢复工作运行，跟踪观察一段时间后油缸蝶簧使用寿命恢复正常，故障排除。
该故障发生的原因分析：由于压力继电器高位发生漂移，制动器液压系统压力一直高于系统设定值，制动器油缸在打开的状态下，其无杆腔的碟簧一直承受过大的液压力作用，致使油缸蝶簧使用寿命缩短，同时液压站一直在过高压力下持续运转，导致系统功率损失增大，液压油温度过高，所以系统也会经常发出高温报警。
4 总结
液压系统故障的一个主要特点是因果关系的复杂性，在故障诊断的过程中，故障设备液压系统工作原理及各液压元件的结构原理的分析是基础，这就要求设备管理技术人员必须熟悉并掌握该设备液压系统的工作原理，工作中注意总结积累液压故障排除的案例及经验，这样在设备液压系统出现故障时，能够根据经验直观检查，运用仪表测量、替换检查等技术手段，及时准确的找出故障的原因并排除，减少设备维修工时，提高设备的生产效率。
参考文献：
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