壓力機(jī)液壓系統(tǒng)存在問(wèn)題的分析及改進(jìn)

江代祥

(廣西柳工機(jī)械股份有限公司 廣西柳州545007)

公司裝配工位的一臺(tái)軸承壓裝壓力機(jī)在使用過(guò)程中一直存在電機(jī)容易升溫和控制開(kāi)關(guān)頻繁跳閘停機(jī)的故障，停機(jī)后必須等待電機(jī)冷卻后重新打開(kāi)控制開(kāi)關(guān)才能重新工作，這一問(wèn)題的存在影響了生產(chǎn)節(jié)拍和生產(chǎn)進(jìn)度，急需解決和處理，以保證生產(chǎn)能夠順利進(jìn)行。

1 工位工作內(nèi)容介紹

該軸承壓裝工位主要用于主動(dòng)螺旋齒輪軸承組件上兩個(gè)背對(duì)背圓柱滾子軸承壓裝（軸承組件結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示），放入軸向間隙調(diào)整軸套后使用壓力機(jī)把軸承壓裝到位后，壓力機(jī)停留模擬裝配完畢后軸向定位預(yù)緊[1]，人工轉(zhuǎn)動(dòng)軸承組件測(cè)量旋轉(zhuǎn)力矩，確認(rèn)軸承松緊程度符合預(yù)緊要求后，松開(kāi)壓力機(jī)壓頭，完成壓裝動(dòng)作。

圖1 軸承組件結(jié)構(gòu)示意圖

詳細(xì)工作過(guò)程工藝流程如下：放“軸承2”內(nèi)圈至主動(dòng)螺旋齒輪軸上→使用軸承壓裝工裝壓裝下“軸承2”→放置軸承套組件→放入軸套→放置上“軸承1”→使用壓裝工裝壓緊“軸承1”→保持壓力機(jī)壓緊狀態(tài)→使用手動(dòng)測(cè)力計(jì)測(cè)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)力矩→松開(kāi)壓力機(jī)→取下選墊好的組件待裝配（若未選到合適軸套，更換不同規(guī)格軸套，繼續(xù)重復(fù)操作）。以上就是壓力工位操作的過(guò)程及壓力機(jī)工作過(guò)程。

2 壓力機(jī)液壓系統(tǒng)分析

一般情況下液壓系統(tǒng)發(fā)熱原因很多：（1）系統(tǒng)清潔度不夠，有污染物進(jìn)入液壓系統(tǒng)造成系統(tǒng)元件磨損，油液從高壓腔泄到低壓腔造成油溫升高；（2）液壓油的類(lèi)型、粘度選擇不合理；（3）系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間處于高壓和超壓工作狀態(tài)，造成內(nèi)部泄漏量大，泄漏高壓油的能量轉(zhuǎn)化為熱能造成液壓系統(tǒng)溫升[2]；（4）工作負(fù)載過(guò)大，長(zhǎng)時(shí)間工作；（5）液壓元件嚴(yán)重磨損[3]；（6）油箱容積小，散熱不好等。下面我們針對(duì)主要一些原因結(jié)合實(shí)際進(jìn)行分析和檢查。

2.1 壓力機(jī)液壓系統(tǒng)

壓力機(jī)液壓系統(tǒng)主要部件：電機(jī)、泵、二位四通電磁換向閥、三位四通電磁換向閥、溢流閥、雙作用油缸、液控單向閥等主要部件組成。系統(tǒng)原理如圖2所示。

電機(jī)帶動(dòng)齒輪泵提供液壓能，二位四通電磁閥控制出口液壓油通斷，由1YA電磁鐵控制，三位四通電磁換向閥控制油缸上升或下行，由2YA、3YA兩個(gè)電磁鐵分別控制，液壓控單向閥用于行程范圍內(nèi)任意位置停止及保壓，兩個(gè)溢流閥1、2分別用于整個(gè)液壓系統(tǒng)壓力和工作部分壓力的控制。

圖2 壓力機(jī)液壓原理圖

2.2 液壓系統(tǒng)清潔度檢查

液壓油單位體積中固體顆粒污染物的含量多少稱(chēng)為“清潔度”，可分別以重量或顆粒數(shù)來(lái)表示。固體顆粒與液壓元件表面相互作用產(chǎn)生的磨損與表面疲勞可加速元件的磨損，使內(nèi)泄漏增加，破壞系統(tǒng)正常運(yùn)行[4]。 一般情況下40 μm以上的顆粒肉眼可見(jiàn)，如果對(duì)于壓力機(jī)液壓系統(tǒng)要求不高，可以肉眼觀察，發(fā)現(xiàn)油液渾濁或顏色變化再進(jìn)行理化檢測(cè)。首先打開(kāi)油箱堵頭放出底部液壓油，觀察油液中是否存在鐵屑等雜質(zhì)顆粒物，油液清澈透明，沒(méi)有明顯雜質(zhì)，油液也沒(méi)有發(fā)黑等現(xiàn)象；另外對(duì)油缸進(jìn)行動(dòng)作檢查，2個(gè)方向控制閥動(dòng)作靈敏，如果不靈敏說(shuō)明閥內(nèi)部有雜質(zhì)，造成閥卡頓和運(yùn)動(dòng)不靈活，由此判斷液壓清潔度有沒(méi)有問(wèn)題，沒(méi)有必要進(jìn)一步對(duì)油液進(jìn)行固體顆粒物理檢測(cè)，排除清潔度的問(wèn)題。

2.3 液壓油類(lèi)型選擇

根據(jù)設(shè)備使用情況，壓力機(jī)為室內(nèi)設(shè)備，設(shè)備出廠使用的壓力≤14 MPa，正常工作溫度＜50℃，推薦使用L-HL32級(jí)以上的液壓油，按照推薦型號(hào)選擇液壓油，而且確認(rèn)油的清潔度，排除油品類(lèi)型選擇錯(cuò)誤的問(wèn)題。

2.4 液壓系統(tǒng)分析

除以上油液?jiǎn)栴}，還有對(duì)液壓系統(tǒng)控制動(dòng)作、工作負(fù)載及泄漏等方面進(jìn)行分析：

1)系統(tǒng)動(dòng)作分析

液壓系統(tǒng)控制，主要有三個(gè)：泵啟動(dòng)、下壓動(dòng)作、上升動(dòng)作。泵啟動(dòng)主要是接通電機(jī)電源，電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)泵吸油；下壓動(dòng)作控制三位四通電磁鐵2YA，閥右位動(dòng)作，油缸上腔進(jìn)油，下腔回油，油缸下壓；上升動(dòng)作控制三位四通電磁鐵3YA，閥左位動(dòng)作，油缸下腔進(jìn)油，推開(kāi)液控單向閥，上腔回油，完成上升動(dòng)作。了解主要?jiǎng)幼鬟^(guò)程后，啟動(dòng)電機(jī)實(shí)際操作過(guò)程觀察看看動(dòng)作過(guò)程情況，啟動(dòng)電機(jī)后，電機(jī)帶動(dòng)泵吸油，發(fā)現(xiàn)最靠近泵出油口的溢流閥1有壓力，說(shuō)明處于負(fù)載狀態(tài)，但此時(shí)油缸并沒(méi)有進(jìn)行工作，按照液壓系統(tǒng)常識(shí)，有負(fù)載才能建立壓力。再進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)二位四通電磁閥電磁鐵1YA上吸合燈是亮的，說(shuō)明此時(shí)該閥處于右位工作狀態(tài)，因?yàn)橐簤合到y(tǒng)在沒(méi)有動(dòng)作時(shí)閥應(yīng)該處于中位回油狀態(tài)，才能起到節(jié)能和防止系統(tǒng)發(fā)熱作用。這應(yīng)該是發(fā)熱一個(gè)原因之一，這個(gè)問(wèn)題有兩個(gè)可能的原因：（1）設(shè)計(jì)時(shí)把電機(jī)啟動(dòng)與二位四通電磁閥設(shè)計(jì)在一個(gè)開(kāi)關(guān)上，電機(jī)啟動(dòng)閥右位工作；（2）安裝時(shí)把二位四通電磁閥接錯(cuò)到啟動(dòng)電機(jī)開(kāi)關(guān)上。除了這個(gè)問(wèn)題外可能還有其他問(wèn)題引起，還需要對(duì)工作負(fù)載是否超過(guò)電機(jī)和泵功率的問(wèn)題進(jìn)行分析，防止漏掉其他問(wèn)題。

2)電機(jī)功率和泵功率分析

為確定泵消耗的功率是否超過(guò)電機(jī)功率，需要驗(yàn)算實(shí)際消耗功率大小，以確定是否存在超載問(wèn)題。

電機(jī)功率驗(yàn)算主要與泵實(shí)際工作壓力、實(shí)際轉(zhuǎn)速流量及泵的總效率有關(guān)，因此采用如下公式計(jì)算：

式中：PP為泵實(shí)際工作壓力（MPa）；按照之前溢流閥2調(diào)整壓力10 MPa(油缸額定壓力14MPa，溢流閥1調(diào)定壓力14 MPa沒(méi)有超過(guò)最大壓力值，如果系統(tǒng)短時(shí)間過(guò)載達(dá)到14 MPa，一般不會(huì)存在問(wèn)題，因此以工作壓力進(jìn)行測(cè)算)，壓裝力度滿(mǎn)足要求，確定為實(shí)際工作壓力；qvp為泵的流量（m3/s）；泵額定排量14 ml/r，轉(zhuǎn)速1420 r/min（設(shè)備上提供的數(shù)值）；泵流量=排量×轉(zhuǎn)速=19.88 L/min；ηp為液壓泵的總效率。

參照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)齒輪泵總效率0.6～0.7，取=0.65，則：

設(shè)備電機(jī)額定功率3.7kW＜5.10 kW，說(shuō)明在實(shí)際工作狀態(tài)下，電機(jī)功率不足。這也是電機(jī)發(fā)熱引起電器跳閘的原因之一。

3） 液壓系統(tǒng)泄漏分析

泄漏會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)工作壓力下降、執(zhí)行元件動(dòng)作失常，甚至不能工作。泄漏分為外泄和內(nèi)泄。外泄一般可以通過(guò)外觀檢查確定，故障也比較容易處理。內(nèi)泄外觀檢查不行，只能通過(guò)檢測(cè)才能確定是否泄漏或泄漏程度，比較實(shí)用的檢測(cè)是應(yīng)用簡(jiǎn)單的原位檢測(cè)儀或使用簡(jiǎn)單的試驗(yàn)判讀液壓元件是否泄漏[5]。

液壓泄漏是容易引起系統(tǒng)發(fā)熱的原因，對(duì)于外泄漏，需對(duì)液壓系統(tǒng)各部件觀察、觸摸的方式進(jìn)行檢查，系統(tǒng)接頭、泵、管路無(wú)滲油，沒(méi)有其他的異?，F(xiàn)象，說(shuō)明沒(méi)有外泄漏。對(duì)于內(nèi)泄漏采用簡(jiǎn)單試驗(yàn)的方法，在不同壓力下檢測(cè)泵和閥壓力擺振幅度確定，對(duì)泵和閥進(jìn)行簡(jiǎn)單壓力試驗(yàn)觀察，啟動(dòng)泵讓“溢流閥1”在右位工作狀態(tài)下，分別在5 MPa、10 MPa壓力下進(jìn)行檢測(cè)，在兩個(gè)壓力情況下進(jìn)行動(dòng)作壓力擺振不超過(guò)±0.5 MPa（從壓力表讀數(shù)），泵和閥沒(méi)有異常響聲、異常溫升，也沒(méi)有異常振動(dòng)，因此排除泵和閥內(nèi)泄漏的問(wèn)題。

經(jīng)過(guò)以上分析，確認(rèn)電機(jī)發(fā)燙和頻繁跳閘主要是電機(jī)過(guò)載及電磁閥控制不合理造成。因此，針對(duì)以上問(wèn)題提出了以下的改進(jìn)方案。

3 壓力機(jī)液壓系統(tǒng)的改進(jìn)

3.1 液壓系統(tǒng)控制改進(jìn)

針對(duì)二位四通電磁閥電磁鐵1YA在泵啟動(dòng)時(shí)同時(shí)吸合問(wèn)題，對(duì)電磁閥的控制順序進(jìn)行改進(jìn)：把二位四通電磁閥控制改接到三位四通電磁閥下壓（2YA）和上升（3YA）兩個(gè)電磁閥開(kāi)關(guān)上。這樣在泵啟動(dòng)后，二位四通電磁閥在左位工作，油回油箱系統(tǒng)沒(méi)有負(fù)載，1YA處于斷電狀態(tài)；按下壓或上升開(kāi)關(guān)時(shí)1YA和2YA（或3YA）電磁鐵通電，系統(tǒng)遇到負(fù)載建立壓力，壓力大小跟油缸負(fù)載大小有關(guān)，油缸在“溢流閥2”的調(diào)定壓力以下正常工作，當(dāng)油缸壓到軸承，處于停止保壓狀態(tài)時(shí)，松開(kāi)下壓開(kāi)關(guān)，1YA、2YA兩個(gè)閥電磁鐵斷電，液控單向閥鎖止，系統(tǒng)只有油缸保壓，泵空轉(zhuǎn)處于卸荷狀態(tài),液壓油回油箱，不會(huì)出現(xiàn)之前在電機(jī)啟動(dòng)尚未工作就處于“溢流閥1”溢流狀態(tài)或油缸壓住軸承不動(dòng)時(shí)“溢流閥2”的溢流狀態(tài)從而引起系統(tǒng)發(fā)熱的現(xiàn)象。

3.2 電機(jī)功率不足的改進(jìn)

根據(jù)系統(tǒng)工作負(fù)載的驗(yàn)算發(fā)現(xiàn)電機(jī)功率需要5.1kW，但電機(jī)額定功率才3.7kW，功率明顯不足，電機(jī)一直在超負(fù)荷狀態(tài)下工作，這也是系統(tǒng)過(guò)熱頻繁跳閘的另外一個(gè)原因。因此，根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際需要選用額定功率為5.5 kW（＞5.1 kW）的同類(lèi)型電機(jī)，滿(mǎn)足系統(tǒng)對(duì)于電機(jī)功率的要求。

3.3 液壓系統(tǒng)控制優(yōu)化

除了以上改進(jìn)外，我們分析了原來(lái)的液壓系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)液壓系統(tǒng)稍顯復(fù)雜和冗余，可以通過(guò)系統(tǒng)優(yōu)化，滿(mǎn)足原來(lái)系統(tǒng)要求的同時(shí)，可以使得系統(tǒng)元件減少，使系統(tǒng)控制更加的簡(jiǎn)潔?？梢允褂靡粋€(gè)中位機(jī)能為M型的三位四通電磁換向閥替換二位四通電磁閥和三位四通電磁閥，系統(tǒng)只保留其中一個(gè)溢流閥，該閥既可以做系統(tǒng)安全閥，同時(shí)可以做系統(tǒng)工作時(shí)的溢流閥，詳細(xì)方案如圖3所示。

圖3 壓力機(jī)液壓系統(tǒng)優(yōu)化

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)對(duì)壓力機(jī)的工作過(guò)程及液壓系統(tǒng)進(jìn)行了分析找到了產(chǎn)生電機(jī)發(fā)燙和電器開(kāi)關(guān)跳閘的根本原因，通過(guò)計(jì)算分析及對(duì)液壓系統(tǒng)方向控制閥的控制進(jìn)行改進(jìn)，簡(jiǎn)化了液壓系統(tǒng)，保證了壓力機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，不再出現(xiàn)電機(jī)發(fā)燙和電器開(kāi)關(guān)跳閘問(wèn)題，解決了設(shè)備故障，保證了工序能夠按照正常節(jié)拍進(jìn)行生產(chǎn)。