90MN油壓機移動臺液壓系統的設計改進

吳會超，陳芳，耿培濤，許石

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司輪軸事業部點檢室，安徽 馬鞍山 243000）

90MN油壓機移動臺液壓系統的設計改進

吳會超，陳芳，耿培濤，許石

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司輪軸事業部點檢室，安徽 馬鞍山 243000）

介紹了實現大型油壓機移動臺液壓系統設計思路，對原理進行了詳細的介紹，并對其中的典型故障進行了分析，提出了改進方案，有效的解決了存在的問題。

油壓機；移動臺；液壓系統；改進

馬鋼車輪軋制二線于2003年建成投產，90MN成型油壓機是其三大機組的之一，用于完成車輪預成型和成型工序。而將預成型和成型功能集中在一臺油壓機上，主要是通過移動臺的動作來實現的，移動臺上有2套模臺，1臺負責預成型，1臺負責成型，通過移動臺的前后動作來切換。

1　90MN油壓機移動臺液壓原理

移動臺液壓缸的驅動由1臺力士樂的A4VSO355DR和1臺力士樂的A4VSO71DR恒壓變量泵控制，每臺油泵對應一套加載閥組。A4VSO355DR變量泵負責提供160bar的系統壓力，A4VSO71DR泵負責提供315bar的鎖緊壓力，液壓缸位置通過內置位移傳感器進行控制（圖1）。

圖1　90MN油壓機移動臺液壓原理

當移動臺向前動作時，由泵源供給的160 bar壓力油經P1進入閥塊，通過單向閥R 141進入比例閥PWV141的P口，此時比例換向閥P WV141的先導閥PVG141b側比例電磁鐵得電，160 bar的控制油經X 1進入閥塊，通過先導比例閥PVG141，進入主閥芯的B腔，控制油推動主閥芯克服A腔彈簧力向A腔移動，同時A腔內的控制油從Y口排出，使主閥PWV141的P口與A口通，T口與B通，這樣壓力油經A1進入液壓缸的無桿腔，同時DBW141.1，DBW141.2得電關閉，比例流量閥PLV141失電關閉，有桿腔的油液無法經T 1口回入主油箱，只能通過P WV141再經單向閥143回流到無桿腔，實現差動回路，從而快速前進。當移動臺運動到前進減速位時，通過調節比例閥PWV141的先導閥PVG141的輸出電壓，減小PWV141主閥的進油閥口，減少流量使移動臺減速到達準確工位，這樣將減少液壓沖擊及振動給精確定位帶來的不利影響，此時2號模臺將位于油壓機的壓制中心。

當2號模臺完成壓制后，移動臺將向后動作，由泵源供給的壓力油經P1進入閥塊，比 例閥PWV141的先導閥PVG141a側比例電磁鐵得電，PWV141主閥在控制油X作用下處于A端所示位置，P口與B口相通，T口與A口相通，油液經B1進入液壓缸有桿腔，同時D BW141.1，DBW141.2失電打開，比例流量控制閥PLV141邏輯板給定斜坡信號打開，通過打開三個閥，無桿腔油液一路通過PLV141，1路通過PWV141經DBW141.1，DBW141.2匯合后從T1流回主油箱，實現液壓缸的快速向后運動。當移動臺運動到后退減速位時，比例流量控制閥PLV141失電關閉，無桿腔回油僅僅由D BW141.1，DBW141.2打開完成，回油由原先打開三閥減少為打開兩閥，從而減小了回油的速度，完成減速動作，減小對硬擋塊的沖擊，直至到達指定的位置，最終使1號模臺處于油壓機的壓制中心。其中通過調 節PLV141的比例邏輯板，可以調節快速后退時的速度。另外主缸壓制過程中，主缸將對移動臺垂直產生90MN左右的力，由于壓制中心不可能與模具中心100%的重合，鋼坯也不一定100%位于模臺中心，這些綜合因素將導致主缸加壓時水平方向對移動臺有一定的偏載，移動臺如果水平方向沒有足夠的力將偏載分力抵消，將會導致移動臺無法鎖緊，使移動臺前后出現位置偏移，壓制過程中移動臺的輕微移動將導致產品出現偏心廢品，因此必須產生足夠的鎖緊力將其準確定位。

當2號模臺處于油壓機中心時，160 bar液壓油作用在無桿腔上，將產生0.78MN的鎖緊力；當1號模臺處于油壓機中心時，由于液壓缸有桿腔和無桿腔面積差，導致有桿腔的鎖緊力為0.378MN，顯然無法滿足工藝要求，該回路增加了有桿腔鎖緊回路，當1號模臺處于油壓機的壓制中心后，DBW142得電打開，由泵源供給的315 bar壓力油經P2進入液壓缸有桿腔，這樣將產生0.75MN的鎖緊力，滿足要求。同時通過R 141單向閥將P1-160bar的壓力油和P2-315 bar的壓力油回路分開。

該回路中總加載閥WV142在系統運行時一直處于得電加載狀態，當WV142失電時，油缸的有桿腔和無桿腔均與的回油路相通，油缸兩腔卸壓，油缸制動，起到失電卸荷安全保護作用。

2　典型故障分析

圖2　PWV141主閥結構圖

移動臺多次出現向前動作正常，向后動作緩慢。由于該閥組運用了比例閥控制回路，相關閥組較多，使故障處理的過程極為繁瑣，通過分析向后速度慢的原因兩種，一種進油腔壓力低，一種回油腔背壓。首先測量液壓缸有桿腔和無桿腔的壓力，均未發現明顯問題，電氣人員測量了比例閥的電壓，均正常，機械人員手動搗動先導比例閥PVG141的閥芯，動作正常，修改PLV141邏輯放大板的電壓值，使其閥芯處于最大位置，泄流量最大，移動臺向后速度沒有明顯改觀。檢查DBW141.1，DBW141.2溢流閥，閥芯靈活，均沒有卡死跡象。

最終問題的焦點還是回到了比例閥，通過對比例閥PWV141主閥的拆檢發現PWV141主閥內部很小的導向定位銷斷裂（如圖2所示），填塞在主閥芯的右端，使得PW V141主閥處于圖1的A位時（液壓缸后退），閥口無法正常打開，出現節流現象，導致流量不夠。移動臺向前動作時，PWV141主閥處于圖1的B位時（液壓缸前進），閥口可以正常開啟。

3　改進后液壓回路的工作原理

由于該故障經常出現，進一步對導向定位銷的斷裂進行分析，該閥是力士樂名牌產品，通徑DN32，壓力350 bar，導向定位銷主要是對主閥芯起導向作用，防止其前后運動時出現旋轉，其材質和硬度經分析測量均不存在問題。分析工況發現其動作頻率高達200次/h，由于實際運行中比例閥的頻繁換向給主閥芯帶來了較大的液壓沖擊，從而導致了定位銷疲勞斷裂。

改進后的原理圖如圖3所示通過對比例換向閥進行優化設計，增加減壓緩沖回路來降低油液對主閥換向時閥芯的沖擊。

在比例閥PWV141的先導部分增加先導減壓閥DM141，同時為了安全考慮增加先導截止閥WV141。先導減壓閥將系統160 bar的控制油減壓為40 bar，既滿足了比例換向閥換向的功能，也降低了先導高壓力給主閥帶來的沖擊，改進后通過測量發現液壓沖擊很小，油壓波動明顯減弱。自從對系統改進后，故障再未發生過。

圖3　改進后90MN油壓機移動臺液壓原理

4　結論

通過對比例電磁換向閥的優化，增加了先導減壓閥，來緩解對主閥芯的沖擊，大大提高了使用壽命，同時增加了先導截止閥，從安全角度出發，保障了閥芯穩定開啟，杜絕了液壓缸的誤動作。實現了移動臺快慢速的平穩切換，既減少了運行過程中的液壓沖擊及管路振動，又減小了前后到位后對機械擋塊的沖擊,大大降低了移動臺的故障率，也延長了比例閥的使用壽命。

[1] 張利平編.液壓傳動系統及設計.北京：化學工業出版社，2005.8.

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TH137

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1671-0711（2016）09（下）-0098-02