黄骅港作为渤海的一颗璀璨明珠，承担着西煤东运的重要任务。自2002年1月份黄骅港投入试运营后，始终保持了较高的生产效率，每月的吞吐量连续递增。2013年黄骅港更是达到了年吞吐量1.4亿吨，创造了国内同类型生产港口达产的最高纪录。这些成绩的取得都是与神华黄骅港务公司采用了先进的高度自动化煤炭装卸设备，运用先进的生产管理模式密不可分的。神华黄骅港务公司生产装卸系统应用了世界先进的科学技术，部分设计和关键设备是由国外引进，国内制造的，其自动化水平处于国内领先水平。神华黄骅港务公司煤一二期工程共有12台悬臂取料机，其中1500T/H悬臂取料机1台，3000T/H悬臂取料机4台和6000T/H悬臂取料机7台，悬臂式取料机一般由行走机构、回转机构、臂架机构、俯仰机构和斗轮机构等几大部分组成，取料机的主要结构如下图1所示。
图1
悬臂取料机斗轮机构包括斗轮轮斗、斗轮传动轴、传动锁紧盘、斗轮减速箱、斗轮液压马达、斗轮油管、斗轮液压站、斗轮驱动电机、斗轮液压泵等组成，其具体工作过程如下：斗轮高压驱动电机通过液压泵带动液压马达转动、液压马达通过斗轮减速箱和传动轴带动斗轮轮斗匀速转动，从而实现取料机取料作业。黄骅港现有所有悬臂取料机斗轮液压系统在夏季长时间作业过程中，经常出现斗轮液压系统过热故障，导致取料机不能正常作业。现场作业人员一般采取人工用水冲洗斗轮液压站油箱的方法降低油温，等液压油油温恢复至正常范围后继续作业。采用此人工冲洗方式降温效率很低，一般需冲洗至少1小时以上油温才能恢复正常范围，严重影响了悬臂取料机的作业效率，并且在冲洗过程中存在人员滑落的风险，带来了很大的安全隐患。
本文通过对悬臂取料机原有斗轮液压系统工作原理深入分析，找出原有液压系统的缺陷根源，开发了一种新的液压系统冷却装置，完全避免了原有问题的出现，满足了设备需求，并在实际应用中取得了良好效果。
一、技术改造背景
黄骅港现有的12台悬臂式取料机斗轮驱动液压系统都为闭式系统，3000T/H悬臂取料机由1个三联柱塞泵和一个液压马达组成，6000T/H悬臂取料机由两个三联柱塞泵和一个液压马达构成，两种机型的悬臂取料机斗轮液压系统工作原理一致，区别在于三联柱塞泵数量和液压马达功率有大小之分。其工作原理为：此三联柱塞泵的一级泵为主泵，主要为液压马达提供动力，驱动斗轮正反向转动；二级泵为补油泵，主要给一级泵提供油源；三级泵主要提供控制油路压力和冷却系统压力，控制油路主要控制斗轮正反转和斗轮系统压力。一级泵输出高压油驱动液压马达转动，液压马达回油一部分直接回到一级泵吸油口，一部分经过液压系统溢流阀流经冷却风扇散热，然后回至油箱。三级泵的一部分驱动冷却系统液压马达，带动冷却风扇降低油温，另一部分控制一级泵正反转，从而实现斗轮正反转。由于此斗轮驱动液压系统为闭式系统，整个液压系统工作过程中所产生的热量都靠马达回油中的一部分流经冷却风扇后冷却散热，风却风扇的风介质为自然空气，此散热效果有限。在炎热夏季，由于空气温度较高导致取料机斗轮的散热系统所散出来的热量小于斗轮转动过程中系统所产生的热量，从而产生斗轮液压系统油温升高，出现高油温故障，并且油温升高也加速油质恶化降低液压油使用寿命，因而严重影响取料机的现场正常作业效率，并增加了设备的安全隐患。
二、原因分析
如前所述，为解决取料机在高温或恶劣环境下作业时斗轮驱动液压系统的散热慢而导致热量聚集、无法长期运行、并直接影响到设备的使用效率的问题，港务公司技术人员通过查找相关资料和液压厂家联系逐步排出故障原因。一般液压系统温度升高由两方面原因引起的，一方面是外部环境温度变化导致液压系统温度升高，另一方面是由于液压系统自身泄露等导致的油温升高。港务公司技术人员针对此两方面原因分析先后采用了两种方案，效果并不理想。其中方案1为在各取料机斗轮液压站上方加装防护罩，用以减少阳光直射液压站时间，去除由于外部环境温度变化导致液压系统油温升高的因素，此措施效果并不明显。方案2为在各取料机斗轮液压站油箱上方加装一套洒水系统，在夏季室外温度较高时，直接用自来水冲洗斗轮油箱，达到用水降低油箱液压油温的目的，此方案效果亦不明显，并且此方案浪费水资源比较严重，违背了国家一直提倡的节能环保要求。
通过以上两种方案实践证明，外部环境温度变化导致斗轮液压系统油温增加为次要原因，取料机斗轮液压系统发热的主要原因为液压系统作业过程中产生的热量不能得到有效的散发。在尽可能降低维修费用成本的前提下，港务公司技术人员通过共同讨论，集思广益，大家一致认为应该设计一套独立冷却系统，用以降低斗轮液压系统温度。
三、改造方案
本改造方案提供了一种斗轮液压系统散热机构，该斗轮液压系统散热机构包括斗轮驱动液压系统，该斗轮驱动液压系统包括液压油箱。其中，如图2所示，液压油箱上设有吸油口和回油口，斗轮机构包括设置在吸油口与回油口之间的冷却液压回路，该冷却液压回路中设有冷却装置、冷却液压泵及其驱动电机，冷却液压泵管路连接到吸油口，以从液压油箱中泵吸液压油并使液压油在冷却液压回路中由冷却装置冷却后从回油口回油至液压油箱。在本改造方案中，在不增加液压油箱的体积的情形下(目前斗轮机构的液压油箱的体积已经比较大，再增加体积则受到其它液压元件以及安装空间的限制)，为斗轮驱动液压系统加装一套独立的液压冷却系统，即连接到液压油箱上的冷却液压回路。其主要作用是加速液压油箱中的液压油流动并使之在冷却装置（例如散热片）中进行有效冷却，降低液压油箱里面液压油的温度，从而达到降低斗轮驱动液压系统的整体液压油温度的目的。
图2
1 液压油箱 2吸油过滤器 3冷却液压泵 4驱动电机5 冷却装置 6回油过滤器11吸油口12回油口13单向阀
现有技术中，对液压系统进行散热或过滤等，通常都是在液压系统的液压回路中增设散热元件或过滤元件，在液压系统运行的同时完成对液压油的散热或过滤。但在本实用方案中，考虑到斗轮机构中的结构布局复杂，可安装空间不大，因而对既有的斗轮驱动液压系统进行改进和优化布局的难度颇大。因此，本方案中的冷却液压回路优选为独立于斗轮驱动液压系统设置，如图2所示，只将冷却液压回路连接到斗轮驱动液压系统的液压油箱中，从而在不影响斗轮驱动液压系统运行的同时对油箱液压油进行散热、降温处理。
其中，冷却装置可选择为冷却风扇或散热片等，使通过其中的液压油得到尽可能的散热。吸油口和回油口优选地设置在液压油箱的顶部，以不影响液压油箱的既有布局，液压油箱与冷却液压泵和冷却装置间隔设置，在实际中冷却液压泵和冷却装置应安装在远离液压油箱的位置，以便于斗轮机构的安装布局，避免产生任何结构干涉等。
另外，在进行冷却的同时，该冷却液压回路中还设置有液压油过滤器，以对液压油进行同步过滤处理，提高液压油的油质和使用寿命。如图2所示，液压油过滤器优选地包括吸油过滤器和回油过滤器，吸油过滤器设置在冷却液压泵与吸油口之间的吸油油路上，回油过滤器设置在冷却装置与回油口之间的回油油路上。吸油过滤器可进行粗过滤，而回油过滤器可进行过滤等级较高的精细过滤。通过两个过滤器对流经冷却液压回路的液压油进行较好的过滤处理，去除液压油中的杂质等介质。并且，冷却液压回路中还可设有单向阀，该单向阀设置在冷却装置与回油口之间的回油油路上，以防止液压油液倒吸。
此外，考虑到系统冷却操作的自动化操作，本实用方案的斗轮机构还包括控制器和用于检测液压油箱中的液压油温度的温度检测元件（图中未显示），控制器配置为根据该温度检测元件的温度检测信号而控制启动或停止冷却系统驱动电机。在操作时，可通过重新布线并加装继电器等控制该冷却液压回路，只要液压油箱中的温度达到例如40℃以上，则驱动电机自动启动，该冷却液压回路工作，从而降低液压油箱中的液压油温度。
综上可见，本实用方案的斗轮机构的结构原理简单、加工制作成本低，可满足取料机夏季作业过程中斗轮液压系统散热的需求。以下将阐述该冷却液压回路的安装和作业。
四、施工方案
在现有的斗轮机构的基础上进行改装作业时，由于新增加了一套独立冷却系统，因而应提前在现场确定该独立冷却系统的管路布置、冷却液压泵和冷却装置的安装位置等。在现场准备好各液压元件后，可提前一天申请取料机的停机时间，一般需要大概2天时间。具体施工方案如下。
1、联系取料机操作司机将大机开到锚固位置，锚固好大机。
2、关闭斗轮液压泵出口处截止阀，防止取料机臂架油管中液压油回流。再放空斗轮机构中的液压油箱内的液压油，在液压油箱的顶部开设两个直径大约为25mm的圆孔，即吸油口和回油口。
3、并在离液压油箱尽量远的位置安装和固定冷却液压泵和冷却装置。
4、在各液压元件安装到位后，合理布置连接油管，并依次固定各油管，接好接头，联系维修电工液压泵电机布线，并接好线。
5、最后，联系取料机操作司机进行试车，观察斗轮驱动液压系统和冷却液压回路的工作情况。
6、安全措施
（1）、施工单位、委托单位对进入现场人员进行安全教育，遵守现场作业的各项管理规定，戴好安全帽。提高安全意识，进行预先性分析，采取必要的防护措施，详细交待工作程序和注意事项。电焊工、起重工持证上岗。
（2）、施工前确定好通讯方式，严格停送电程序，运转的设备上不得施工作业。
（3）、施工过程中严格遵守操作规程，防止蛮干，统一指挥，发现隐患及时报告并采取相应措施。
（4）、作业现场严禁吸烟，每个动火点不少于两具灭火器。备足水桶，确保消防设备设施齐全有效，并通知消防车现成监护作业。
（5）、高空作业必须系好安全带，工具物品摆放整齐稳妥，防止高空坠物伤人。 上下作业面相互照应配合默契。
五、经济效益估算
在上述基础上，本实用方案还相应提供了一种取料机，该取料机包括根据本实用方案上述的斗轮机构。该取料机由于设置了上述的斗轮机构，因而可使得液压油箱中的液压油得到及时的散热处理，提高液压油品质，使得斗轮驱动液压系统在高温和恶劣环境下也能保持连续稳定的作业。避免了因液压油高温带来的各种油温高故障，大大减小了维护成本。
在未改造前，一台3000T/h取料机或6000T/H取料机一年大约有60次油温高故障，每次故障需要停机1小时来进行降温，并且2至3年完全更换一次液压油。在经过上述改进，使用本实用方案的斗轮机构后，通过仿真和试验，取料机油温高故障可预期地基本消除，液压油可延长至平均5-6年更换一次。在改造后，按3000T/H取料机平均流量1600T/H，6000T/H取料机平均流量3000T/H计算，3000T/H取料机可以多装煤1600*1*60=96000T，6000T/H取料机可以多装煤3000*1*60=180000T，按每吨煤20元利润计算，96000*20=192万元，180000*20=360万元。
液压油由原来的2-3年更换一次改为5-6年更换一次，中间减少了一次液压油更换。3000T/H取料机斗轮油箱为1000L,费用为1000*19.85=19850元，6000T/H取料机斗轮油箱为1500L，费用为1500*19.85=29775元。
综上可得，一台3000T/H取料机每年可节省费用为1920000+19850=193.985万元。一台6000T/H取料机每年可节省费用为3600000+29775=392.9775万元。因此，带来的经济效益是可观的，大大减少了设备维护成本。
六、结论
综上所述，新冷却系统的设计原理完全不同于传统的改变原液压系统原理和机构设计的方法，以此使得原有液压系统存在的缺陷从根本上得到了弥补。直接利用一套独立的液压冷却系统进行油箱液压油进行冷却，方法简便，结构简单，施工方便，并且此改造方案更适合港务公司今年一直强调的节约、绿色、环保的理念。
在黄骅港所有的悬臂取料机上做了以上改造应用后，新的冷却系统不但可以解决取料机斗轮液压系统高温故障，而且由于其系统中有吸油过滤器，在作业过程中可以不断的过滤油箱中的液压油，起到净化斗轮液压系统的作用。在此双重作用下，斗轮液压系统高油温故障可以基本解决。原来液压系统的液压油需3年更换一次，改造后可以5-6年更换一次，大大减少了设备维护成本。并且通过重新布线，并加装继电器控制该冷却系统，当斗轮油箱温度只需达到40度以上时该冷却系统自动启动，降低油箱温度。因此，该装置的应用不但从根本上解决了原有斗轮液压系统液压油高温的问题，而且有效地提高了作业效率，同时也保障了设备的安全。
以上结合图1和图2详细描述了本方案的优选实施方式，但是，本方案并不限于上述实施方式中的具体细节，在本方案的技术构思范围内，可以对本方案的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本方案的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本方案对各种可能的组合方式不再另行说明。
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