數(shù)控液壓折彎?rùn)C(jī)工進(jìn)無(wú)壓力故障處理

劉澤強(qiáng)，孫守澤

中車(chē)株洲電力機(jī)車(chē)有限公司 湖南株洲 421000

1 序言

數(shù)控液壓折彎?rùn)C(jī)主要用于工件的折彎加工，由機(jī)架、滑塊、工作臺(tái)、液壓缸、液壓比例伺服系統(tǒng)、位置檢測(cè)系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)組裝而成。該折彎?rùn)C(jī)在空載速度、工作速度和回程速度工況下，始終能保持滑塊的位置同步（與工作臺(tái)平行），并能在行程終點(diǎn)處實(shí)現(xiàn)高精度的定位。因此廣泛用于汽車(chē)、造船、集裝箱、工程機(jī)械、建筑機(jī)構(gòu)、金屬結(jié)構(gòu)、燈桿及電力桿等行業(yè)的構(gòu)件折彎加工。

2 故障描述

數(shù)控液壓折彎?rùn)C(jī)（見(jiàn)圖1）運(yùn)行時(shí)，滑塊在數(shù)控系統(tǒng)和液壓伺服系統(tǒng)的控制下，完成一次行程需要經(jīng)過(guò)以下6個(gè)階段：快速下行、減速下行、壓料并保壓、卸壓、快速上行以及停止在上死點(diǎn)。本文為分析方便，將6個(gè)階段合為3個(gè)階段，即快進(jìn)、工進(jìn)及快速回程（快退）。

圖1 數(shù)控液壓折彎?rùn)C(jī)

該折彎?rùn)C(jī)在工作中出現(xiàn)的故障現(xiàn)象是：滑塊可快速下行，但在壓料時(shí)壓力明顯不足，無(wú)法完成折彎作業(yè)。

3 液壓系統(tǒng)概述

系統(tǒng)液壓原理如圖2所示，電磁閥動(dòng)作順序見(jiàn)表1。

圖2 系統(tǒng)液壓原理

表1 電磁閥動(dòng)作順序

（1）滑塊快速下行（快進(jìn)） 4Y5（交叉）、4Y3得電，液壓缸下腔的油液很快經(jīng)插裝閥1、比例伺服閥回到油箱，同時(shí)失去支撐滑塊所需要的油壓?；瑝K的自重帶動(dòng)活塞快速下降，液壓缸上腔瞬間形成負(fù)壓，“吸開(kāi)”充液閥，大量油液由油箱經(jīng)充液閥進(jìn)入液壓缸上腔，滑塊快速向下運(yùn)行[1]。

（2）工進(jìn)加壓 當(dāng)滑塊下行至轉(zhuǎn)換點(diǎn)后，4Y3失電，插裝閥關(guān)閉，液壓缸下腔的油經(jīng)溢流閥產(chǎn)生壓力，使滑塊不能自由下落。此時(shí)1Y1得電，使比例溢流閥建立系統(tǒng)壓力，1Y2得電，充液閥關(guān)閉，油液經(jīng)比例伺服閥進(jìn)入液壓缸上腔，迫使滑塊向下運(yùn)動(dòng)，完成壓料動(dòng)作。

（3）滑塊快速回程（快退） 4Y3得電，插裝閥1開(kāi)啟，4Y5得電（直通），此時(shí)油泵輸出的油經(jīng)比例伺服閥、插裝閥1進(jìn)入液壓缸下腔，且1Y1保持得電，比例溢流閥繼續(xù)建立壓力。同時(shí)，1Y2失電，充液閥在控制油路壓力作用下開(kāi)啟，液壓缸上腔的油液經(jīng)充液閥（大量）快速回到油箱，滑塊完成快速回程動(dòng)作。

4 故障分析與排查

根據(jù)故障現(xiàn)象，分析液壓系統(tǒng)原理圖可知，折彎?rùn)C(jī)工進(jìn)無(wú)壓力，推測(cè)故障原因如下。

1）壓力控制閥組中比例溢流閥的1Y1電磁鐵未得電，此時(shí)比例溢流閥為普通溢流閥，系統(tǒng)不能建立起足夠的壓力。

2）壓力控制閥組中插裝閥2的錐孔磨損或密封失效等，閥口未關(guān)閉，導(dǎo)致系統(tǒng)建壓時(shí)，油液經(jīng)過(guò)該插裝閥口，直接回到油箱，系統(tǒng)無(wú)壓力。

3）充液閥閥口不能正常關(guān)閉、閥芯損壞或密封失效[2]，液壓缸上腔經(jīng)充液閥內(nèi)腔與油箱互通，折彎?rùn)C(jī)工進(jìn)時(shí)，油液從液壓缸上腔經(jīng)充液閥直接回到油箱，導(dǎo)致壓力不足。

根據(jù)從簡(jiǎn)到難逐一排除法，故障點(diǎn)排除過(guò)程如下。

1）檢查壓力控制閥組中的比例溢流閥是否正常得電。折彎?rùn)C(jī)工進(jìn)狀態(tài)下檢查該比例溢流閥，觸頭1Y1燈亮，且比例溢流閥正常動(dòng)作，排除比例溢流閥故障。

2）檢查壓力控制閥組的插裝閥2。拆卸插裝閥2，檢查錐孔磨損情況，并清洗閥芯后重新安裝，折彎?rùn)C(jī)工進(jìn)仍壓力不足，可暫時(shí)排除插裝閥故障。

3）檢查充液閥控制油路電磁換向閥。折彎?rùn)C(jī)工進(jìn)時(shí)，該電磁換向閥處于關(guān)閉狀態(tài)，指令充液閥關(guān)閉，電磁換向閥無(wú)異常。

4）檢查充液閥。拆卸充液閥，發(fā)現(xiàn)充液閥閥端部鎖緊螺栓松動(dòng)脫落，先導(dǎo)閥芯損壞（見(jiàn)圖3），導(dǎo)致先導(dǎo)閥口處于常開(kāi)狀態(tài)，充液閥無(wú)法緊閉，至此發(fā)現(xiàn)故障原因。

圖3 先導(dǎo)閥芯損壞情況

5 故障處理

5.1 充液閥工作原理

充液閥（見(jiàn)圖4、圖5）常用于液壓缸與油箱之間的吸排油，通流性大，排量為800L/min，其工作原理如下。

圖4 充液閥結(jié)構(gòu)示意

圖5 沖液閥實(shí)物

（1）滑塊快速下行狀態(tài) 滑塊的自重帶動(dòng)活塞快速下行時(shí)，液壓缸上腔容積變化率大于油泵流量，液壓缸上腔產(chǎn)生負(fù)壓，克服彈簧2的彈簧力，主閥芯下移，充液閥主閥芯直接被吸開(kāi)，油箱油液經(jīng)充液閥進(jìn)入液壓缸上腔。

（2）滑塊快速上行狀態(tài) 控制油路壓力作用在滑體上，并克服彈簧3的彈簧力，使滑體頂開(kāi)頂桿，先導(dǎo)閥芯下移，先導(dǎo)閥口開(kāi)啟，液壓缸上腔油液經(jīng)先導(dǎo)閥口進(jìn)入充液閥內(nèi)腔與油箱連通，液壓缸上腔壓力降低，滑體進(jìn)一步作用在主閥芯上，克服彈簧2的彈簧力，頂開(kāi)主閥芯閥口，大量油液從液壓缸上腔經(jīng)充液閥流回油箱[3]。

因充液閥的端部鎖緊螺栓1松動(dòng)脫落，先導(dǎo)閥芯也隨之掉落，在液壓缸活塞上下快速移動(dòng)的過(guò)程中，被活塞與缸體擠壞，導(dǎo)致先導(dǎo)閥口處于常開(kāi)狀態(tài)。滑塊工進(jìn)壓料時(shí)，油液經(jīng)液壓泵進(jìn)入液壓缸上腔，建立壓力，但因先導(dǎo)閥口開(kāi)啟，油液經(jīng)先導(dǎo)閥口流回油箱，所以造成一定程度的卸荷，導(dǎo)致折彎?rùn)C(jī)壓料時(shí)壓力不足（即無(wú)壓力）。

5.2 故障處理過(guò)程

（1）定制采購(gòu)充液閥 因先導(dǎo)閥采用活塞環(huán)密封，與閥體配合精度要求高，機(jī)械加工工藝要求較高，且無(wú)圖樣，無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量其尺寸，自行制作難度大，以致無(wú)法修復(fù)，且該設(shè)備為國(guó)外進(jìn)口設(shè)備，后又經(jīng)國(guó)內(nèi)大修廠家進(jìn)行改造，故只能向大修廠家定制采購(gòu)充液閥。充液閥到貨后發(fā)現(xiàn)，充液閥閥體與折彎?rùn)C(jī)安裝接口不匹配。為盡快恢復(fù)設(shè)備，決定采用將新購(gòu)充液閥主閥芯安裝在舊充液閥閥體的方式進(jìn)行修復(fù)。但新購(gòu)閥芯與舊充液閥閥體并非完全匹配，安裝完成后，在滑塊回程時(shí)充液閥無(wú)法正常打開(kāi)。折彎?rùn)C(jī)在工作時(shí)出現(xiàn)的新問(wèn)題為：可快速下行并加壓，但無(wú)法快速回程。

（2）確定改造方案 再次拆卸并解體充液閥，經(jīng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)新、舊閥體主閥芯的軸徑尺寸完全吻合，可確認(rèn)組裝充液閥的密封性能良好，但滑體在行程最大位置處仍無(wú)法接觸到頂桿，導(dǎo)致先導(dǎo)閥口無(wú)法開(kāi)啟。

解決方案為加長(zhǎng)先導(dǎo)閥桿或者加長(zhǎng)滑體，使滑體在行程范圍內(nèi)可以推動(dòng)先導(dǎo)閥頂桿、頂開(kāi)主閥芯。因滑體與充液閥體之間存在配合關(guān)系，故滑體表面需做精磨處理，保證表面粗糙度，工藝要求較高。相比之下，加長(zhǎng)先導(dǎo)閥頂桿較為簡(jiǎn)單、可靠。

（3）先導(dǎo)閥頂桿尺寸測(cè)量 頂桿尺寸確定原則：因滑塊上方左右兩個(gè)充液閥的控制油路壓力相同，彈簧的彈性系數(shù)一致，故頂桿改造完成后，需保證滑體在初始位置（即控制油路無(wú)壓力，滑體端面與充液閥端蓋相接觸）時(shí)，兩充液閥滑體底部與頂桿之間的間隙相同，即滑體的動(dòng)作準(zhǔn)備距離相同，兩充液閥可同時(shí)開(kāi)啟，從而保證滑塊在上行過(guò)程中兩端保持同步運(yùn)行。經(jīng)測(cè)量（測(cè)量方法與下述方法相同），無(wú)故障充液閥的滑體動(dòng)作準(zhǔn)備距離為t=4mm。

1）先導(dǎo)閥頂桿需加長(zhǎng)的尺寸x計(jì)算。測(cè)量端蓋、閥體接觸面到頂桿的距離X1、端蓋深度X2和滑體總長(zhǎng)X3（見(jiàn)圖6～圖8），各測(cè)量數(shù)據(jù)間的函數(shù)關(guān)系為：X1+X2=X3+x+t。由圖9頂桿加長(zhǎng)尺寸關(guān)系可得，先導(dǎo)閥頂桿需加長(zhǎng)的尺寸為：x=66+30－74－4=18（mm）。

圖6 測(cè)量頂桿到閥體端面深度X1

圖8 測(cè)量滑體高度X3

圖9 頂桿加長(zhǎng)尺寸關(guān)系示意

2）頂桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。由充液閥工作原理及結(jié)構(gòu)可知，充液閥開(kāi)啟，是通過(guò)控制油路，迫使滑體下移推動(dòng)先導(dǎo)閥頂桿，打開(kāi)先導(dǎo)閥，進(jìn)而由滑體繼續(xù)下移作用在主閥芯上，打開(kāi)充液閥口。

圖7 測(cè)量端蓋深度X2

如果只是將先導(dǎo)閥頂桿加長(zhǎng)，則滑體推動(dòng)先導(dǎo)閥頂桿，在繼續(xù)下行時(shí)，將由先導(dǎo)閥頂桿底部作用在鎖緊螺栓1，進(jìn)而推開(kāi)主閥芯。這種情況將導(dǎo)致鎖緊螺栓1、先導(dǎo)閥芯及頂桿等頻繁受力，使先導(dǎo)閥部分更易損壞?？稍陧敆U加長(zhǎng)時(shí)做巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，避免這種情況的發(fā)生。

在加長(zhǎng)頂桿時(shí)，可把加長(zhǎng)部分改造成凸臺(tái)結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖10），凸臺(tái)直徑與滑體下端凸臺(tái)直徑一致，這樣打開(kāi)主閥芯時(shí)，將由凸臺(tái)端面作用在主閥芯上，上述問(wèn)題就此得到解決。

圖10 頂桿改造前后示意

5.3 安裝及試運(yùn)行

組裝充液閥，主閥芯部分安裝完成后，將滑體放置在最大行程位置，驗(yàn)證滑體動(dòng)作準(zhǔn)備距離t及主閥芯開(kāi)口，驗(yàn)證無(wú)誤后，安裝充液閥，試機(jī)運(yùn)行，檢驗(yàn)改造效果。

改造完成后，折彎?rùn)C(jī)可準(zhǔn)確地完成快速下行、加壓減速下行、減速上行及快速上行等一系列動(dòng)作，設(shè)備恢復(fù)良好正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

6 結(jié)束語(yǔ)

處理液壓故障，應(yīng)首先認(rèn)真研究系統(tǒng)液壓原理圖，并由易到難地逐步排除故障點(diǎn)，直到找出故障原因。自行改造設(shè)備與重新定制采購(gòu)充液閥相比，不僅大大縮短了維修周期，而且將對(duì)生產(chǎn)的影響最小化。通過(guò)對(duì)折彎?rùn)C(jī)液壓系統(tǒng)的研究，對(duì)造成滑塊運(yùn)行時(shí)壓力不足的故障原因進(jìn)行了梳理，對(duì)日后類似故障的處理起到借鑒作用。