鑄造自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的液壓應(yīng)用及故障處理

紀(jì)玉璟，張歡歡，王 輝，代 超，胡悅兵

（1.青島青特鑄造有限公司，山東 青島 266106；2.山東億九電氣發(fā)展有限公司，山東 濟(jì)寧 272200）

液壓系統(tǒng)在全自動(dòng)靜壓造型線(xiàn)中主要負(fù)責(zé)完成砂箱的推送、砂型加砂壓實(shí)和捅箱動(dòng)作。造型線(xiàn)液壓系統(tǒng)主要包括：泵站、控制閥組、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、各類(lèi)輔件等。液壓系統(tǒng)任何一個(gè)部件出現(xiàn)故障都會(huì)直接影響液壓系統(tǒng)的正常工作，直接影響型砂的質(zhì)量，必須停機(jī)檢修。本文對(duì)本公司所使用的德國(guó)KW自動(dòng)化造型線(xiàn)所用液壓系統(tǒng)進(jìn)行了介紹，并以德國(guó)KW 自動(dòng)化造型線(xiàn)使用過(guò)程中的實(shí)際案例，對(duì)液壓系統(tǒng)各部分出現(xiàn)過(guò)的故障以及解決方案進(jìn)行分析與總結(jié)。以供同行參考。

1 液壓泵站故障以及解決方案

KW491 線(xiàn)液壓系統(tǒng)分為120 bar 系統(tǒng)壓力和250 bar 壓實(shí)高壓。系統(tǒng)壓力主要由Rexroth 公司生產(chǎn)的PGH 系列內(nèi)嚙合齒輪泵提供[1]主要性能參數(shù)見(jiàn)表1.

表1 力士樂(lè)PGH5 內(nèi)嚙合齒輪泵主要性能參數(shù)

泵頭安裝Rexroth 公司生產(chǎn)的泵體安全閥塊[2]，主要性能參數(shù)見(jiàn)表2.

表2 力士樂(lè)DBAW 泵體安全閥塊主要性能參數(shù)

2 臺(tái)PGH5 液壓泵常出現(xiàn)的問(wèn)題有：1）出現(xiàn)異響；2）泵口輸出壓力表讀數(shù)為零，系統(tǒng)壓力下降至75 bar 以下，生產(chǎn)線(xiàn)無(wú)法正常生產(chǎn)。

1.1 維修檢查

在拆檢安全閥塊時(shí)發(fā)現(xiàn)閥塊油道內(nèi)有少量黃銅屑，泄壓閥芯磨損。其后拆檢液壓泵發(fā)現(xiàn)兩側(cè)軸向板和配油盤(pán)組件磨損。

將液壓泵和安全閥塊發(fā)往上海力士樂(lè)公司進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)同樣問(wèn)題。其提供維修意見(jiàn)是檢查液壓油油質(zhì)和檢查過(guò)濾器濾芯，查找損壞原因后進(jìn)行維修。

1.2 故障原因及分析

泵體異響的原因是泵內(nèi)可能磨損；輸出壓力為零的原因有兩點(diǎn)：一是泵頭安全閥塊故障，二是液壓泵因磨損而產(chǎn)生內(nèi)泄。

經(jīng)分析認(rèn)為：安全閥塊的磨損是由泵體磨損后的銅屑引起。泵體的磨損是由于液壓油長(zhǎng)期未更換，力士樂(lè)濾芯D/AE 1300R 010BN3HC 破損后未及時(shí)更換，油箱底部雜質(zhì)很多，油質(zhì)變質(zhì)，壓力液體的最大允許污染度潔凈等級(jí)為 20/18/15（ISO4406c），目前油質(zhì)量已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足泵的正常工作要求。

1.3 故障處理

由于力士樂(lè)PGH5 泵沒(méi)有備件，到貨周期在6～8 個(gè)月，為保證生產(chǎn)能夠短期內(nèi)恢復(fù)，必須尋找國(guó)產(chǎn)泵進(jìn)行替代。經(jīng)多方查詢(xún)，并進(jìn)行技術(shù)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)上海航發(fā)機(jī)械有限公司生產(chǎn)的NB 系列直齒共軛內(nèi)嚙合齒輪泵能夠達(dá)到恢復(fù)生產(chǎn)的使用要求，并且性能穩(wěn)定、質(zhì)量可靠、效率能夠達(dá)到90%以上，效率曲線(xiàn)見(jiàn)圖1.具體型號(hào)：NB5D-125F，技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表3.因安裝尺寸及重量差別，需重新設(shè)計(jì)鐘罩和聯(lián)軸器。

表3 上航NB5D-125F 齒輪泵性能參數(shù)[3]

圖1 NB 系列中壓泵效率曲線(xiàn)[3]

設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間后，測(cè)算各泵性能：泵額定流量Q=359.6 L/min，活塞式蓄能器容積QSP=80 L，排空時(shí)間tleak=156 s，填充時(shí)間tf=16 s，泄漏流量Qleakl.

Qleak=（QSP×60）/tleak=（80×60）/156=33 l，

Qpf=（QSP×60）/tf=（80×60）/16=300 l，

Qp=Qpf+Qleak=333 l，

η=Qp/Q×100%=93.5%.

以上計(jì)算只為力士樂(lè)PGH5 液壓泵單臺(tái)一組數(shù)據(jù)，經(jīng)測(cè)算上航NB5D-125F 液壓泵比力士樂(lè)泵性能僅低1.5%～2%.

2 控制閥塊方面

造型線(xiàn)工作臺(tái)舉升缸和砂斗換位油缸的控制，使用Rexroth 公司的HNC100-2 液壓伺服控制器，配用rexroth 公司的4WRTE 系列伺服閥，型號(hào)：4WRTE 32 V600L-41/6EG24K31/A1M，訂貨號(hào)MNR：R900954303，伺服閥符號(hào)圖見(jiàn)圖2.液壓伺服系統(tǒng)由帶Profibus-DP 總線(xiàn)的控制器、帶執(zhí)行器功能的伺服閥、油缸、位移傳感器、壓力傳感器構(gòu)成。控制器的功能可以實(shí)現(xiàn)開(kāi)環(huán)和閉環(huán)控制，主要使用位置控制、壓力控制和同步控制，主要參數(shù)見(jiàn)表4.

圖2 4WRTE 伺服閥符號(hào)圖[4]

表4 4WRTE 32 伺服閥主要參數(shù)[4]

在491 造型線(xiàn)運(yùn)行幾年之后，舉升缸和砂斗換位油缸動(dòng)作逐漸失控，速度波動(dòng)大，且發(fā)生波動(dòng)位置不定，后期無(wú)法正常生產(chǎn)。

2.1 故障分析

1）位移傳感器反饋不正確，造成控制失控。

2）HNC 控制器模擬量輸出不正確，造成執(zhí)行失控。

3）油缸內(nèi)部磨損，造成執(zhí)行失控。

4）伺服閥內(nèi)部磨損或控制油不正常。

2.2 維修檢查

因故障原因較多，從節(jié)約備件費(fèi)用、減少維修時(shí)間和維修實(shí)施難易程度考慮，逐步更換油缸活塞密封、位移傳感器、HNC 控制器，最后更換伺服閥。當(dāng)新伺服閥更換后，油缸運(yùn)行正常。

在拆檢舊閥時(shí)發(fā)現(xiàn)，主閥體閥芯有輕微劃痕，閥芯導(dǎo)槽和導(dǎo)柱磨損（圖3 箭頭所指位置）。所以控制主閥芯開(kāi)度失控，油缸運(yùn)行失控。

圖3 4WRTE 伺服閥結(jié)構(gòu)圖[1]

2.3 故障原因

液壓油潔凈度達(dá)不到伺服閥要求，閥芯磨損加劇。

2.4 故障處理

為避免伺服閥再次出現(xiàn)故障，避免其他閥出現(xiàn)同類(lèi)故障，在液壓系統(tǒng)中必須保持針對(duì)部件所給出的清潔等級(jí)。有效的過(guò)濾能防止故障，并同時(shí)提高部件的使用壽命。各部件根據(jù)要求安裝過(guò)濾器，過(guò)濾器的選擇參見(jiàn)re50070，re50078，re50081，re50086和re50088[4].

同時(shí)，對(duì)于關(guān)鍵閥塊能夠做到每隔幾年清洗閥芯，避免細(xì)微油污塞滿(mǎn)閥芯，影響閥芯的動(dòng)作響應(yīng)。

3 油缸方面

3.1 以造型線(xiàn)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)油缸為例，其液壓控制動(dòng)作順序

1）在拉過(guò)程中后腔接通回油，前腔始終供油。由于慣性作用后腔產(chǎn)生背壓，壓力逐漸升高又逐漸降低。

2）當(dāng)拉到拉/推轉(zhuǎn)換點(diǎn)時(shí)，拉停止，閥關(guān)閉。由于慣性作用后腔壓力產(chǎn)生階躍。

3）由于慣性越過(guò)拉/推轉(zhuǎn)換點(diǎn)后，后腔壓力形成負(fù)壓。前腔壓力產(chǎn)生階躍，形成背壓。

4）推比例閥和阻尼比例閥共同作用完成推的過(guò)程，由快速轉(zhuǎn)換到慢速，停止在離終端機(jī)械限位10 mm 位置。

整個(gè)過(guò)程約3 s，不產(chǎn)生機(jī)械沖擊和碰撞，整個(gè)過(guò)程如圖4 所示。

圖4 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)在回轉(zhuǎn)過(guò)程中拉/推油缸前后腔壓力變化曲線(xiàn)圖

3.2 故障處理過(guò)程

造型線(xiàn)在使用多年后，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)拉/推油缸出現(xiàn)推送速度不穩(wěn)定，撞擊機(jī)械限位的情況。

1）通過(guò)力士樂(lè)BB3 示教器調(diào)節(jié)比例閥參數(shù)后，仍不能避免撞擊。

2）更換油缸活塞密封后，仍不能避免撞擊。

3）液壓油溫度低于45 ℃時(shí)，撞擊情況不出現(xiàn)，生產(chǎn)線(xiàn)正常生產(chǎn)油溫升高到55 ℃時(shí)，撞擊出現(xiàn)。增加液壓油冷卻器仍不能解決。

4）把油缸前端節(jié)流閥開(kāi)度調(diào)制最低，撞擊仍然出現(xiàn)。

5）再次拆檢油缸發(fā)現(xiàn)，油缸前端銅軸套磨損，前端油封輕微泄漏液壓油。同時(shí)活塞前端與節(jié)油盤(pán)配合處磨損，間隙變大，起不到節(jié)油作用。更換銅軸套、活塞、節(jié)油盤(pán)后，該故障解除。

3.3 目前造型線(xiàn)油缸類(lèi)主要出現(xiàn)的問(wèn)題

1）前端密封、活塞密封磨損，漏油和動(dòng)作不可控；

2）活塞桿劃傷，活塞和缸筒劃傷，漏油和動(dòng)作不可控；

3）油缸前、后端節(jié)流閥失效或阻塞，動(dòng)作不可控；

4）活塞固定失效，與活塞桿分離，動(dòng)作不可控；

5）活塞桿前端與推送架固定失效，或活塞桿絲頭斷裂，位置檢測(cè)報(bào)錯(cuò)，設(shè)備停機(jī)。

4 結(jié)語(yǔ)

介紹了兩條德國(guó)KW 公司生產(chǎn)的自動(dòng)化造型線(xiàn)所使用的液壓技術(shù)和使用中設(shè)備故障的解決案例。隨著國(guó)內(nèi)裝備制造業(yè)整體水平的提高，國(guó)產(chǎn)液壓類(lèi)產(chǎn)品性能已經(jīng)能夠達(dá)到進(jìn)口液壓性能。因造型線(xiàn)使用時(shí)間短，技術(shù)水平不高，故障處理經(jīng)驗(yàn)不豐富，不能夠全面和深入分析解決故障問(wèn)題。在未來(lái)的自動(dòng)化造型線(xiàn)上如何應(yīng)用新技術(shù)和新產(chǎn)品以降低故障率，在造型線(xiàn)維護(hù)維修時(shí)如何應(yīng)用新的檢測(cè)手段和排故技術(shù)，快速準(zhǔn)確地處理故障恢復(fù)生產(chǎn)，都有非常廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用空間。