YH25-315E油壓機(jī)溜車故障分析及處理

何 琪，魏 陽(yáng)，張衛(wèi)昌

（陜西重型汽車有限公司車身廠，陜西西安 710200）

0 引言

YH25-315E是合肥鍛壓機(jī)床有限公司生產(chǎn)的一款3梁4柱式壓力機(jī)，該壓力機(jī)適用于黑色金屬及有色金屬薄板的彎曲、翻邊、壓制等工藝，廣泛應(yīng)用于汽車、拖拉機(jī)、家電行業(yè)的薄板覆蓋零件的加工工藝。

該壓力機(jī)具有獨(dú)立的動(dòng)力機(jī)構(gòu)和電氣系統(tǒng)，電氣采用可編程控制器控制、按鈕集中控制，具有單次、帶送料的連續(xù)循環(huán)2種工作方式。滑塊行程和工作壓力在規(guī)定范圍內(nèi)可調(diào)，因此可滿足定程成形和定壓成形2種工藝方式，定壓成形工藝方式還具有壓制后保壓延時(shí)的功能。目前該壓力機(jī)在我公司作為重點(diǎn)設(shè)備承擔(dān)著某車型車門的包邊任務(wù)，工作模式為單次。

1 液壓系統(tǒng)原理（圖1）

1.1 液壓系統(tǒng)組成

本機(jī)液壓系統(tǒng)主要由能量轉(zhuǎn)換裝置（泵、油缸）、能量傳送裝置（油箱、管路、沖液閥）、能量調(diào)節(jié)裝置（各液壓閥）等組成，借助于電氣系統(tǒng)，完成所需的工藝動(dòng)作循環(huán)。其中，2臺(tái)主泵為Parker壓力補(bǔ)償變量軸向柱塞泵，由電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)；主缸為活塞缸（可帶動(dòng)滑塊下行及回程），2個(gè)側(cè)缸為單作用柱塞缸（只能下壓，不能回程）；液壓系統(tǒng)主閥塊采用二通插裝閥集成模塊，插裝閥由先導(dǎo)控制閥、控制蓋板、插裝組件3部分組成，先導(dǎo)閥安裝在控制蓋板上，整個(gè)插裝閥結(jié)構(gòu)緊湊，安裝維修方便，動(dòng)作靈敏，液壓沖擊小，傳動(dòng)率高，密封性好，使用壽命長(zhǎng)。

1.2 滑塊動(dòng)作過(guò)程

啟動(dòng)電機(jī)M1，M2，軸向柱塞泵輸出的油液經(jīng)插裝閥流回油箱，即卸荷。按下滑塊下行按鈕，開始動(dòng)作。

（1）滑塊快速下降?；瑝K快降時(shí)，2Y1，2Y2a得電，2個(gè)柱塞泵同時(shí)工作，建壓并提供高壓油；3Y1，3Y10得電，高壓油進(jìn)入油缸上腔；3Y3，3Y5得電，油缸下腔接通油箱；3Y7得電，控制油液打開沖液閥對(duì)油缸上腔進(jìn)行快速?zèng)_液，滑塊實(shí)現(xiàn)快速下降（滑塊快降時(shí)，控制沖液閥開啟的電磁閥3Y7也可不得電，而依靠油缸上腔形成的負(fù)壓將沖液閥的錐閥吸開）。

（2）慢降加壓。當(dāng)滑塊下降到指定位置時(shí)，位移傳感器發(fā)出快速轉(zhuǎn)慢速的信號(hào)，此時(shí)2Y1，2Y2a，3Y1，3Y10得電，上腔進(jìn)油；3Y4，3Y5得電，油缸下腔接通油箱，滑塊在支撐閥的作用下進(jìn)入慢降階段。

（3）保壓。當(dāng)主缸上腔壓力上升到壓力傳感器3S201調(diào)定壓力值時(shí)，計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，同時(shí)所有電磁閥失電，泵卸荷。

（4）卸壓。當(dāng)計(jì)時(shí)器延時(shí)時(shí)間到，電磁閥3Y6得電，主缸上腔卸壓。

（5）滑塊回程準(zhǔn)備。2Y2b，3Y2，3Y6，3Y7 得電，低壓油打開沖液閥，同時(shí)下腔打開，液壓系統(tǒng)進(jìn)入回程準(zhǔn)備。

（6）滑塊回程。當(dāng)主缸上腔壓力卸至壓力繼電器3S202調(diào)定值時(shí)，2Y1，2Y2a，3Y2，3Y7 得電，此時(shí)沖液閥打開，主缸下腔進(jìn)油，上腔油液回油箱。

（7）回程停止。當(dāng)滑塊回程至限位3S101時(shí)，所有電磁閥均失電，對(duì)應(yīng)插裝閥關(guān)閉，滑塊停止于上限位置，至此，滑塊完成一個(gè)完整的工作循環(huán)。

2 故障現(xiàn)象

2017年6月，機(jī)臺(tái)長(zhǎng)反映YH25-315E壓力機(jī)使用過(guò)程中，操作人員完成前一件車門的包邊，取出上一工件并放入下一工件時(shí)，操作壓力機(jī)下行無(wú)動(dòng)作，而必須先按壓回程按鈕至回程到位后，滑塊才能下行壓件。現(xiàn)場(chǎng)檢查后發(fā)現(xiàn)故障原因?yàn)椴僮魅巳〖头偶臅r(shí)間間隔內(nèi)，滑塊嚴(yán)重溜車導(dǎo)致滑塊上限位信號(hào)缺失所致?；瑝K溜車不僅擾亂了正常的操作流程，影響車門包邊效率，還帶來(lái)很大的安全隱患。

3 故障分析及排查過(guò)程

滑塊回程至上限位時(shí)，所有電磁閥均失電，理論上講，此時(shí)，上腔不供油，下腔不排油，滑塊應(yīng)該保持在上限位位置，而溜車則說(shuō)明下腔油液存在泄漏，因此宜由易到難對(duì)壓力機(jī)油缸下腔泄漏可能原因進(jìn)行排查驗(yàn)證。

3.1 排查下腔管路可能存在的泄漏

下腔管路存在的泄漏包括管道裂紋、沙眼、接頭滲漏及下腔相關(guān)功能閥安裝連接處密封損壞泄漏，檢查過(guò)程直觀簡(jiǎn)單。經(jīng)過(guò)排查，確認(rèn)下腔管路完好，無(wú)滲漏點(diǎn)。

3.2 排查油缸下腔相關(guān)液壓閥故障導(dǎo)致的泄漏

下腔相關(guān)液壓閥本身存在損傷泄漏或卡死而未能關(guān)閉到位，會(huì)導(dǎo)致下腔油液通過(guò)原正常的回油通道回油箱。具體表現(xiàn)為通過(guò)以下通道回油箱：淤通過(guò)主缸下腔安全溢流閥h回油箱；于通過(guò)3Y5，3Y3，滑塊從快降回油通道回油箱；盂通過(guò)3Y5，3Y4，滑塊從慢降回油通道回油箱；榆通過(guò)3Y5，3Y9，滑塊從無(wú)壓下行回油通道回油箱。從以上可能的回油方式可見，除了經(jīng)由安全閥h可獨(dú)立回油外，其余回油途徑均需要2個(gè)閥同時(shí)故障，兩閥同時(shí)損壞的概率較小。但不排除本次故障發(fā)生前其中一個(gè)閥已經(jīng)存在關(guān)閉不嚴(yán)的情況，只是未表現(xiàn)出后果，而本次恰好另一閥也同時(shí)故障，從而將滑塊溜車現(xiàn)象表現(xiàn)出來(lái)。

圖1 YH25-315E壓力機(jī)液壓原理

（1）首先驗(yàn)證安全溢流閥h。將h完全關(guān)閉，但滑塊溜車現(xiàn)象并未消除；此外，假設(shè)溢流閥h存在泄漏，那么滑塊正常回程時(shí)壓力油也會(huì)經(jīng)過(guò)h泄漏，但現(xiàn)場(chǎng)滑塊回程正常，這也從側(cè)面佐證了溢流閥h完好性。

（2）驗(yàn)證3Y5。無(wú)論主缸下腔油液是通過(guò)快降、慢降還是無(wú)壓下行通道回油，均無(wú)法繞開3Y5。先后檢查并更換3Y5先導(dǎo)閥及插裝件，故障仍未消除，因此排除了3Y5故障。事實(shí)上，排除3Y5故障其實(shí)也就排除了其他閥的故障。因?yàn)榧僭O(shè)3Y5完好，關(guān)閉可靠，那么即使3Y3，3Y4，3Y9存在泄漏，主缸下腔也完全能夠保持良好的封閉狀態(tài)。

因此，通過(guò)以上驗(yàn)證，排除了油缸下腔相關(guān)液壓閥故障導(dǎo)致滑塊溜車的可能。

3.3 排查主缸泄漏

根據(jù)本機(jī)油缸的結(jié)構(gòu)，主缸（活塞缸）決定整個(gè)滑塊的回程過(guò)程，由它支撐滑塊停止在任意位置，因此溜車現(xiàn)象只與主缸有關(guān)。通過(guò)檢查，主缸端蓋連接部位完好無(wú)泄漏，唯一剩下的故障原因只可能為主缸活塞密封損壞，油缸竄缸。為了確認(rèn)判斷，需對(duì)主缸竄缸問題進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證步驟如下。

（1）將已打壓伸出的等高液壓千斤頂支在移動(dòng)工作臺(tái)上，選擇無(wú)壓下行，將滑塊落實(shí)在千斤頂上。

（2）滑塊落實(shí)后，下腔壓力表顯示壓力為0時(shí)，從主缸下腔油管對(duì)接法蘭部位安全拆卸并封堵下腔（為了在驗(yàn)證主缸竄缸過(guò)程中排除其他因素的干擾，封堵位置位于整個(gè)插裝閥組之前）。

（3）松開并移除液壓千斤頂。如果移除千斤頂后，滑塊只是輕微下溜，并且很快停止的話，則可證明活塞密封完好。而現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證時(shí)，移出千斤頂，滑塊幾近以勻速下落直至落實(shí)在支撐墊塊上，壓力機(jī)控制面板顯示滑塊由移除千斤頂前的383 mm位置處溜車至712 mm，驗(yàn)證行程長(zhǎng)達(dá)329 mm，排出油液體積V=仔（R2-r2）×h=6.586 L，其中，R 為活塞缸活塞半徑，r為活塞缸活塞桿半徑，h為驗(yàn)證行程，此部分油液泄漏的唯一途徑即為竄缸至活塞缸上腔，這充分證實(shí)了此前油缸竄缸問題的推測(cè)。

至此，故障原因得以完全確認(rèn)，即主缸密封損壞，內(nèi)泄導(dǎo)致滑塊溜車。

4 故障處理——更換主缸密封

4.1 本機(jī)主缸活塞密封概況

本機(jī)主缸活塞共有6道密封，含4件導(dǎo)向環(huán)（支撐環(huán)）、1件格萊圈、1件Yx型密封圈，其中導(dǎo)向環(huán)、格萊圈采用SKF標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，而使用的Yx型密封圈是由合鍛委托國(guó)內(nèi)密封廠家生產(chǎn)的一件非標(biāo)準(zhǔn)系列密封圈。

（1）導(dǎo)向環(huán)。導(dǎo)向環(huán)（支撐環(huán)）安裝于活塞上，用于支撐活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，可防止活塞在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與缸體發(fā)生直接接觸和摩擦，起到保護(hù)缸體與活塞不被損壞的作用。

（2）格萊圈。格萊圈由一個(gè)橡膠O形密封圈及聚四氟乙烯方形密封圈組合疊加而成，依靠其本身的變形對(duì)密封表面產(chǎn)生較高的初始接觸應(yīng)力，阻止無(wú)壓力液體的泄漏；工作時(shí)，壓力油通過(guò)O形密封圈的彈性變形最大限度地?cái)D壓聚四氟乙烯方形密封圈，使之緊貼密封表面而產(chǎn)生較高的隨液體壓力增高而增高的附加接觸應(yīng)力，并與初始接觸應(yīng)力一起共同阻止壓力液體的泄漏，格萊圈為雙作用活塞密封，具有摩擦力小、無(wú)爬行、啟動(dòng)力小、耐高壓的特點(diǎn)。

（3）Yx型密封圈。Yx型密封圈分為孔用Yx，密封圈和軸用Yx密封，其短唇與密封面接觸，摩擦阻力較小且耐磨性好，使用壽命長(zhǎng)，而長(zhǎng)唇的作用在于提高較大的預(yù)壓縮量與非運(yùn)動(dòng)表面，以保證Yx型密封圈在工作中不會(huì)隨意抖動(dòng)?；钊喜捎肶x型孔用密封圈，安裝時(shí)必須注意唇口的方向，才能起到預(yù)期的密封效果。

4.2 拆卸步驟及注意事項(xiàng)

（1）合模。脫開模具與滑塊的連接，將工作模式選擇在“有壓調(diào)整”上，在加壓狀態(tài)下，松動(dòng)活塞桿與滑塊連接部位連接螺栓，本機(jī)活塞桿與滑塊的連接采用法蘭環(huán)壓扣式結(jié)構(gòu)，本步驟的目的是為了便于后續(xù)拆除該螺栓。

（2）鎖緊滑塊。將載有模具的移動(dòng)工作臺(tái)開出，將提前準(zhǔn)備好的固定墊塊放置在下橫梁上平面（受車間空間所限，本壓力機(jī)工位無(wú)天車或其他吊裝設(shè)備，因此無(wú)法移除模具，將移動(dòng)工作臺(tái)單獨(dú)開入作為固定墊塊的支撐臺(tái)面）。固定墊塊的高度應(yīng)根據(jù)活塞缸尺寸提前進(jìn)行核算，不能過(guò)高，除了滿足活塞桿脫開缸體所必須的剛性尺寸外，還需要預(yù)留千斤頂和可調(diào)墊塊的高度尺寸，否則滑塊即使落實(shí)在墊塊上，活塞桿將仍無(wú)法脫開缸體。

（3）在固定墊塊上放置適當(dāng)高度的可調(diào)墊塊，然后預(yù)支一組已打壓頂起的等高千斤頂，并交錯(cuò)布置另一組等高千斤頂。

（4）將滑塊解鎖，然后關(guān)閉3個(gè)油缸沖液閥前方的截止閥，拆卸3個(gè)油缸上腔加壓油管，并松開下腔直動(dòng)式溢流閥使下腔泄油，將滑塊落至第一組等高千斤頂上。

截止閥關(guān)閉后，系統(tǒng)出于保護(hù)，泵會(huì)停止工作，不再提供動(dòng)力，因此必須提前將滑塊解鎖，然后才能關(guān)閉截止閥。隨后的步驟中也已不能依靠電氣來(lái)控制滑塊動(dòng)作，所以本步驟完成后，關(guān)閉壓力機(jī)主電源。

關(guān)閉截止閥并打開上腔加壓油管的目的是為了在滑塊下行時(shí)，上腔不進(jìn)油，只進(jìn)空氣，待3個(gè)油缸在活塞桿及柱塞桿脫開的時(shí)候，缸體內(nèi)部只有空氣，而不會(huì)出現(xiàn)大量油液流出，但是竄缸使得活塞缸下腔油液并不能全部通過(guò)直動(dòng)溢流閥回油箱，活塞缸下腔部分油液會(huì)翻至活塞缸上腔，因此在拆開的時(shí)候，活塞缸上腔會(huì)有油液流出，但柱塞缸不受影響，柱塞缸脫開時(shí)流出的油液僅為滑塊回程至上限位后柱塞缸內(nèi)的殘余的油液。

松開該直動(dòng)溢流閥h目的是為了在已關(guān)閉壓力機(jī)主電源的前提下，手動(dòng)使滑塊在自重作用下下行，將活塞缸下腔油液排回油箱。

（5）拆卸活塞缸下端蓋螺栓，使油缸下端蓋與油缸脫開。必要時(shí)，需在端蓋下方支撐，防止端蓋拆卸后滑落磕傷（如果端蓋密封件狀態(tài)良好，則端蓋仍可因密封件產(chǎn)生的摩擦力而抱緊在活塞桿上）。

（6）松開第一組等高千斤頂，使滑塊落在第二組等高千斤頂上。通過(guò)移除千斤頂下方調(diào)整墊塊，使2組等高千斤頂反復(fù)交互使用，使滑塊慢慢下降，直至柱塞桿、活塞桿與其缸體完全脫開。

（7）拆掉活塞桿與滑塊之間的連接螺栓（“4.2拆卸步驟及注意事項(xiàng)（1）合?！敝幸呀?jīng)卸力），將整個(gè)活塞桿移至開闊地方，拆除舊密封（圖2）。本機(jī)在拆卸后發(fā)現(xiàn)Yx型密封損壞嚴(yán)重（圖3），甚至缸體內(nèi)部可見條狀、塊狀密封碎屑。碎屑夾雜在活塞與缸體之間伴隨活塞而運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致油缸內(nèi)壁也出現(xiàn)刮痕，鑒于刮痕并不嚴(yán)重，本次維修中暫時(shí)未予處理。

4.3 安裝步驟及注意事項(xiàng)

（1）更換新密封。待整套新密封更換完成后，將活塞桿組件托舉到滑塊上相應(yīng)位置，利用螺栓將活塞桿與滑塊通過(guò)法蘭重新相連。

密封更換過(guò)程中，應(yīng)特別關(guān)注格萊圈的裝配。格萊圈中的O形圈一般可直接套入溝槽。為了防止外側(cè)聚四氟乙烯方形密封圈安裝時(shí)發(fā)生損傷，小尺寸格萊圈外側(cè)的聚四氟乙烯方形密封圈可以用水或者油進(jìn)行加熱（加熱溫度約80～120℃），聚四氟乙烯密封件加熱后很容易被擴(kuò)張并恢復(fù)原狀；而大尺寸的格萊圈則需要采用專門制作的錐形套筒，從套筒的小頭逐漸推向大頭，并最終推到溝槽內(nèi)，為了促使被擴(kuò)張后的聚四氟乙烯方形密封迅速?gòu)?fù)原，有時(shí)還需使用內(nèi)徑與缸體內(nèi)徑相符的校準(zhǔn)套進(jìn)行調(diào)教。本次更換過(guò)程中，采用100℃熱水對(duì)其進(jìn)行加熱安裝。

（2）與活塞桿脫開時(shí)的打壓方式相反，2組千斤頂依然反復(fù)交互使用，使滑塊慢慢上升。在打壓千斤頂頂升滑塊的過(guò)程中，必要時(shí)須在兩個(gè)對(duì)角測(cè)量滑塊距下橫梁的尺寸，避免單側(cè)起升過(guò)快造成立柱及防塵圈損傷。

（3）活塞桿順利導(dǎo)入缸體后，安裝活塞缸下端蓋。然后安裝此前所有已拆卸管路，并調(diào)整直動(dòng)溢流閥h至正確的溢流壓力。

（4）加壓緊固活塞桿與滑塊連接螺栓，并大行程往復(fù)試運(yùn)行，逐漸排除油缸內(nèi)空氣后交付使用，溜車顯現(xiàn)消除。

圖2 拆下后的活塞頭

圖3 損壞嚴(yán)重的Yx型密封

5 結(jié)語(yǔ)

面對(duì)液壓傳動(dòng)設(shè)備故障，通過(guò)分析液壓原理，利用排除法，從易至難進(jìn)行排查驗(yàn)證，最終找出故障原因，是液壓傳動(dòng)設(shè)備修理中一個(gè)重要方法。