水壓機(jī)操縱系統(tǒng)的發(fā)展

楊國(guó)強(qiáng)

（寶雞鈦業(yè)股份有限公司鍛造廠，陜西寶雞 721014）

0 引言

液壓傳動(dòng)技術(shù)是17 世紀(jì)根據(jù)帕斯卡提出的液體靜壓力傳動(dòng)原理發(fā)展起來(lái)的，而鍛造液壓機(jī)是20 世紀(jì)50 年代發(fā)展起來(lái)的一種鍛壓設(shè)備，是利用液體壓力來(lái)傳遞能量的全液壓控制設(shè)備。與機(jī)械壓力機(jī)相比，其壓力和速度在廣泛范圍內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)整，公稱壓力大、流量高、液壓沖擊大。通過(guò)理論研究結(jié)合實(shí)踐、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，國(guó)內(nèi)外科技工作者對(duì)鍛造液壓機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了深入的研究，逐漸形成3 種主要的液壓傳動(dòng)形式。

1 水壓機(jī)操縱系統(tǒng)

水壓機(jī)是利用液體的壓力能將工件加工成想要形狀及性能的一種鍛壓設(shè)備，其操縱系統(tǒng)通過(guò)手柄、控制元件、接力器、反饋裝置等環(huán)節(jié)去操縱各種分配器的閥開(kāi)或閉，來(lái)控制水壓機(jī)工作，保障水壓機(jī)完成一個(gè)由鍛造工藝確定的工作周期。這個(gè)周期是：①動(dòng)梁空行程向下并能停止在該行程的任意位置上；②工作行程（上砧接觸鍛件后的加壓行程）并能停止在該行程的任意位置上；③動(dòng)梁回程并能停止在該行程的任意位置上；④實(shí)現(xiàn)快鍛即在單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)行行程小和次數(shù)多的鍛造，用于精整、倒棱工序；⑤將鍛件鉗制在上下砧之間。

為了完成上述工作周期，操縱系統(tǒng)有多種不同的形式，但它們都應(yīng)具有以下5 個(gè)特點(diǎn)：①使動(dòng)梁有盡可能快的行程速度；②操縱輕便、靈活、準(zhǔn)確、安全可靠；③經(jīng)濟(jì)地利用高壓水或其他輔助能源；④操縱系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適用、易于制造和維修；⑤優(yōu)先采用標(biāo)準(zhǔn)化的零部件和液壓元件。

2 水壓機(jī)操縱系統(tǒng)的發(fā)展及形式

（1）水壓傳動(dòng)的隨動(dòng)操縱系統(tǒng)。其特點(diǎn)是利用泵站的高壓水做為系統(tǒng)本身的動(dòng)力源，它通過(guò)大手把、二級(jí)分配器（控制元件）、齒輪齒條接力器，蘇式連桿反饋機(jī)構(gòu)去操縱凸輪式分配器的凸輪軸回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)閥的開(kāi)或者閉。寶鈦集團(tuán)1250 t 水壓機(jī)的操縱系統(tǒng)最早也是如此，此種操縱系統(tǒng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，系統(tǒng)精度差，可靠性差，維修保養(yǎng)困難，現(xiàn)在大都淘汰不用予以改造。

（2）電液傳動(dòng)的閉環(huán)操作系統(tǒng)。動(dòng)力源為輔助油泵站供給的壓力為6.5 MPa 的礦物油，該系統(tǒng)在電氣系統(tǒng)的配合下形成電液伺服系統(tǒng)，其實(shí)際是一個(gè)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，因?yàn)橐簤合到y(tǒng)有易然、易漏且其伺服閥對(duì)油液要求較高的缺點(diǎn)，所以其安全性較差、故障率高，在發(fā)展過(guò)程中被慢慢地淘汰了。

（3）電氣傳動(dòng)的閉環(huán)操縱系統(tǒng)。寶鈦集團(tuán)3150 t 水壓機(jī)在2008 年對(duì)其進(jìn)行了改造，其主要工作過(guò)程如下：在操作臺(tái)臺(tái)上搬動(dòng)小手把（連接一個(gè)編碼器），這時(shí)會(huì)有一個(gè)信號(hào)傳送到PLC，其將信號(hào)轉(zhuǎn)換成伺服電機(jī)可以接收的信號(hào)，該信號(hào)傳給伺服電機(jī)，電機(jī)會(huì)有一個(gè)擺角，經(jīng)過(guò)蝸桿減速器帶動(dòng)分配器的傳動(dòng)軸；傳動(dòng)軸上檢測(cè)軸擺角的傳感器會(huì)將信號(hào)傳到PLC，與手柄發(fā)出的信號(hào)作對(duì)比；使軸一直轉(zhuǎn)到手柄所給定的信號(hào)“位置”（軸上有正、負(fù)兩個(gè)極限限位保護(hù)，伺服控制器中還有過(guò)載及溫度保護(hù)）；軸使與其連接的凸輪推動(dòng)頂桿，使閥開(kāi)啟或關(guān)閉。該系統(tǒng)工作穩(wěn)定，采用無(wú)觸點(diǎn)元件經(jīng)久耐用，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和檢測(cè)鍛件尺寸，甚至實(shí)現(xiàn)與操作機(jī)聯(lián)動(dòng)。其最大的特點(diǎn)是水壓機(jī)操縱已經(jīng)實(shí)現(xiàn)部分自動(dòng)化（按編程），而且可以實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化。另外，該系統(tǒng)還有機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、易于維護(hù)保養(yǎng)、使用效果良好等特點(diǎn)，為今后水壓機(jī)的設(shè)計(jì)和改造指引了一條新途徑。

從現(xiàn)在使用的設(shè)備控制方案可知，這是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，控制精度較高，反應(yīng)靈敏能達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)的使用要求（圖1）。

圖1 設(shè)備控制流程

3 水壓機(jī)操縱系統(tǒng)常見(jiàn)故障

操縱系統(tǒng)主要由分配器、充水系統(tǒng)、管道及連接附件、伺服系統(tǒng)等組成。對(duì)于水壓機(jī)而言，操縱系統(tǒng)就像人的大腦一樣、不可替代，其重要性不言而喻。下面主要來(lái)分析伺服系統(tǒng)及主分配器方面的組成、工作原理及常見(jiàn)故障。

目前主流的水壓機(jī)操縱系統(tǒng)多數(shù)為電氣閉環(huán)系統(tǒng)，主要包括伺服電機(jī)、搖桿軸、（進(jìn)、排）水閥、頂桿及頂桿套、位置傳感器、PLC 伺服控制器等。在實(shí)際工作中，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出伺服電機(jī)過(guò)載等報(bào)警提示。

伺服電機(jī)過(guò)載故障是比較常見(jiàn)也容易判斷處理的。首先，要了解該報(bào)警是否是系統(tǒng)檢測(cè)到伺服電機(jī)電流等工作參數(shù)得到的。先檢查最容易判斷的頂桿及套、滾輪等，滾輪是否完好、頂桿與頂桿套配合間隙是否合理、有無(wú)卡滯。實(shí)踐統(tǒng)計(jì)，過(guò)載報(bào)警類故障有80%是由上述零部間失效引起的。為了盡量避免此類故障的發(fā)生，可以采取如下措施：頂桿及頂桿套要加強(qiáng)規(guī)范潤(rùn)滑措施，落實(shí)潤(rùn)滑的相關(guān)要求；滾輪在加強(qiáng)巡檢力度，失效后要及時(shí)更換。因?yàn)椴糠譂L輪位置的滾輪失效后，不但能引起過(guò)載類故障的發(fā)生，而且能引起操縱系統(tǒng)動(dòng)作“失靈”。這一點(diǎn)要特別引起技術(shù)人員的注意。

伺服系統(tǒng)是壓機(jī)的“中樞”，要從其組成、工作原理等方面去熟練掌握他。另外，常見(jiàn)的故障還有輸入（手柄給定數(shù)值）、輸出（搖桿軸編碼器返回值）不一致。這類故障大多數(shù)是由于輸出編碼器（搖桿軸上的）聯(lián)軸器松動(dòng)或者損壞引起的。處理時(shí)應(yīng)首先檢查該聯(lián)軸器，因?yàn)槠渌蓜?dòng)可導(dǎo)致?lián)u桿軸“零位”跑偏，如果有問(wèn)題可根據(jù)實(shí)際情況處理修復(fù)或更換新件。另外，偶爾有線路故障發(fā)生要具體甄別。寶雞鈦業(yè)股份有限公司鍛造廠在2018 年就出現(xiàn)一例故障，壓機(jī)在加壓完成后要提升時(shí)，伺服控制器經(jīng)常就進(jìn)入“保護(hù)狀態(tài)”，導(dǎo)致設(shè)備“失控”。這種故障是很危險(xiǎn)的，伺服報(bào)警器英文顯示已到位置。剛開(kāi)始處理這類故障時(shí)，技術(shù)人員因?yàn)槲从龅筋愃茊?wèn)題，誤認(rèn)為這是“過(guò)載”保護(hù)，拆開(kāi)進(jìn)、排水閥數(shù)次，故障始終排除不了，這給相關(guān)技術(shù)人員帶來(lái)了極大壓力。在壓機(jī)提升時(shí)，技術(shù)人員偶然發(fā)現(xiàn)搖桿軸上的限位感應(yīng)裝置指示燈在故障時(shí)間點(diǎn)亮了，這才理解壓機(jī)“失控”的原因：原來(lái)是搖桿軸上限位感應(yīng)裝置發(fā)生了周向轉(zhuǎn)動(dòng)，固定感應(yīng)裝置的定位鍵失效。通過(guò)恢復(fù)定位鍵后即可正常工作。對(duì)于類似問(wèn)題的解決，技術(shù)人員一定要注意要具體問(wèn)題具體分析，才能準(zhǔn)確、快速地處理故障。

除了伺服系統(tǒng)報(bào)警類故障之外，還有一大類是閥門(mén)的故障，如主分配器內(nèi)部密封損壞、閥口關(guān)水不嚴(yán)、閥芯卡滯等。單獨(dú)密封失效類故障比較好處理，根據(jù)相應(yīng)的動(dòng)作情況就可以判斷。但是在處理過(guò)程比較煩瑣，需要拆開(kāi)螺塞，用專用工具將密封座、閥杯、閥座等零件取出，并更換相應(yīng)的密封件。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)環(huán)保的要求日益嚴(yán)格，而工廠將液壓機(jī)原本使用的乳化液用工業(yè)用水替代這樣的做法，就給設(shè)備的操縱系統(tǒng)造成部分故障。因?yàn)槿榛河幸欢ǖ臐?rùn)滑性能，不容易腐蝕閥杯、閥座等零件，使拆裝工作進(jìn)行得比較順利，使用效果也比較好，而換做工業(yè)用水后，不但加劇了相關(guān)零部件磨損、銹蝕，還給檢修工作帶來(lái)了困難。所以，技術(shù)人員要注意尋找解決上述困擾的平衡方案。

由閥門(mén)引發(fā)的故障一般要拆解各分配閥芯，除了要關(guān)注顯而易見(jiàn)的問(wèn)題外，應(yīng)當(dāng)注意到一大類問(wèn)題的存在，即閥芯2 mm泄流通道的角度問(wèn)題。正常情況下，在頂桿將閥桿微微頂起（2 mm）左右時(shí)，主閥上腔就會(huì)迅速泄壓，形成一個(gè)泄流通道、平衡上下兩腔的壓力，主閥芯隨即就能輕松打開(kāi)。如果該角度不對(duì)，在閥桿被頂起2 mm 后閥芯孔就會(huì)被堵上，主閥上腔就有很大的壓力，主閥芯也就無(wú)法打開(kāi)。此類問(wèn)題可引起多種類型的故障，如動(dòng)作失靈、設(shè)備發(fā)抖等。

4 結(jié)論

綜上所述，一臺(tái)設(shè)備的操縱系統(tǒng)異常復(fù)雜，應(yīng)該從其構(gòu)成原理入手來(lái)掌握，使其為工業(yè)更好地服務(wù)。操縱系統(tǒng)是水壓機(jī)控制的中樞，只有不斷研究相關(guān)技術(shù)，才能使水壓機(jī)控制得更加可靠、準(zhǔn)確、智能，才能使設(shè)備發(fā)揮出更大的潛能。