扭力軸同步折彎機滑塊爬行原因分析與解決方法

劉民祥，王吉平

（天水鍛壓機床（集團）有限公司，甘肅天水741020）

扭力軸同步折彎機滑塊爬行原因分析與解決方法

劉民祥，王吉平

（天水鍛壓機床（集團）有限公司，甘肅天水741020）

介紹了在工程實踐中出現的扭力軸同步折彎機滑塊工進爬行現象，分析了滑塊爬行原因和解決方法，針對扭力軸折彎機普遍存在的爬行問題，提出了全面系統的綜合預防措施。

折彎機；扭力軸同步；滑塊爬行；液壓油缸；解決方法

解決折彎機同步的技術有機械強制同步（俗稱扭力軸同步）技術、機液同步（俗稱旋閥同步）技術、電液伺服閥同步技術、電液比例閥同步技術[1]等。由于扭力軸同步技術的機械結構、液壓系統、電氣系統簡單、成本低、使用可靠等特點，目前依然是小噸位折彎機的主流同步控制方式。

低速運動的物體，可能產生時斷時續的速度不均勻的運行現象，這種現象稱為爬行。爬行現象實質上是當一物體在滑動面上作低速運動時，在一定條件下產生的跳躍與停止交錯的運動現象，是一種連續的振動[2]。扭力軸同步折彎機滑塊在工進時，由于機械結構、摩擦阻力、潤滑狀態、液壓系統、油缸密封方式、液壓系統溫度、加工公差、安裝精度、保養維護等方面的原因造成系統不穩定，在工進時容易產生爬行現象。

1 爬行問題的提出

在工程實踐中，有些爬行現象是由單方面原因引起，更多的爬行現象是由多種原因引起的，需要針對具體的機械設備，全面系統地分析原因并尋找有針對性的解決方法。

有多臺同型號、同規格的扭力軸同步折彎機，其機械部分如扭力軸、導軌板、滑塊等設計、加工、安裝精度均符合設計和標準要求?？蛰d連續試驗8小時系統正常，負荷加載試驗，加載壓力為10MPa，系統背壓8MPa，返程壓力8～9MPa，試驗環境溫度為28℃。負荷試驗前2h內工作正常，2h后，在快速向工進轉換時出現輕微爬行，繼續試驗到3h后，工進全行程均出現爬行，油溫從28℃上升55℃。折彎機滑塊工進速度為10mm/s,慢速全行程出現爬行后，如果將折彎機滑塊工進速度調為20mm/s以上，系統爬行消失，但超出了滑塊工進速度10～13mm/s的技術要求。另外，兩個油缸使用同一個充液閥時,油溫升高系統出現爬行，如果兩個油缸分別采用獨立的充液閥，即使油溫升高，工進速度穩定在10mm/s，系統爬行消失。

2 爬行原因分析與解決方法

扭力軸折彎機同步系統是由液壓系統-油缸-扭力軸-導軌-滑塊組成的機液混合系統。爬行主要是液壓系統、油缸、低速運行、扭力軸調整疊加形成的。

2.1 液壓系統引起的爬行

（1）節流閥對液壓系統爬行的影響。一般情況下滑塊的工進速度采用節流閥調速回路完成，結構簡單，制造和維護方便，在負載變化不大或對速度穩定性要求不高的液壓系統中得到了廣泛應用。但是其溫度效應性很差，節流阻尼效果隨油溫變化而不穩定，節流閥芯通過的流量不穩定，阻尼系數隨溫度變化范圍變小，系統穩定性降低。節流閥沒有壓力及溫度補償裝置，不能自動補償負載及油粘度變化時所造成的速度不穩定[3]。該系統使用節流閥調節工進速度，節流閥的特性決定了油溫對速度的影響較大，屬于液壓元器件性能引起的爬行，在功能相同的前提下選擇性能好的節流閥可以解決此類爬行。

（2）液壓系統溫度對爬行的影響。近20多年來世界范圍內的研究調查顯示，70％～85％的液壓系統故障失效與液壓油有關[4]。一方面溫度低油液粘度高，系統泄漏小，容積效率高，系統阻尼比變大、抗干擾能力強，系統相對穩定。相反，溫度升高油液粘度低，系統泄漏大，容積效率低，系統阻尼比變小，系統抗干擾能力減弱，系統穩定性相對變差。另一方面，油溫升高油的粘度指數變低，油膜厚度變薄，油膜更容易破裂，油膜破裂表部失去潤滑，結果摩擦力陡然增大，在厚油膜下均勻的小摩擦力變成了薄油膜下的交變摩擦力，系統穩定性變差產生爬行。因此控制好液壓系統油溫，對減輕和改善爬行效果明顯。

圖1 扭力軸折彎機滑塊運動結構示意圖

圖2 綜合摩擦力傳遞示意圖

（3）充液閥變化引起的爬行。如圖1、2所示，兩油缸共用一個充液閥，充液閥關閉后，Y1和Y2兩油缸由連通油管連接，Y1與Y2油缸連通。Y1油缸下腔綜合摩擦力Σf1,通過活塞將力減小1/N傳遞到Y1油缸上腔，其值為Σf2。Σf2經由連通油管傳遞到Y2油缸上腔，通過Y2活塞增大N倍加載到Y2油缸下腔，其值為Σf3，使Y2油缸下行加快。當Y2油缸位移量超過扭力軸允許值，扭力軸起作用，Σf3通過扭力軸連接塊，轉換為扭力軸的力矩，其值為Σt3。將力矩Σt3通過扭力軸又轉換為Y1油缸下腔的力，其值為Σf4，Σf1與Σf4大小相等，方向相反，作用在Y1油缸上，互相抵消。Y1、Y2油缸完成一次動態調整，達到力、速度、位置新的同步。扭力軸反復交替調整，機液扭力軸系統調整幅值與調整頻率較高，系統穩定性變差，容易形成爬行。

如果Y1、Y2兩油缸分別使用單獨充液閥系統，兩油缸之間沒有聯通油管。Y1油缸下腔綜合摩擦力不會影響到Y2油缸，機液扭力軸系統調整幅值與頻率都低，系統相對穩定，爬行消失。在速度要求較高的情況下，兩油缸分別使用單獨充液閥系統相對穩定，但成本較高。

2.2 油缸引起的爬行

油缸的爬行是在滑動表面出現周期性粘滑狀態，在密封件情況下，爬行是發生在彈性密封件和金屬配合之間的接觸面上，有時會導致振動引起爬行。

（1）表面粗糙度引起的爬行。機械導軌與油缸柱塞表面越粗糙，摩擦因數就越大，兩個相對運動的表面峰頂間的實際有效接觸面積就越小，使單位面積上的壓力增大，零件運動表面磨損加快。隨著接觸面粗糙度的增大，接觸面剛度逐漸減小，阻尼逐漸增大，損失部分能量。當粗糙度達到一定值時，接觸界面產生振蕩，即高次諧波，對機械機構動態性能影響較大[5]，此類影響會引起油缸爬行。

（2）密封件溝槽尺寸公差引起的爬行。油缸密封圈、導向帶、防塵圈尺寸公差的合理選配，決定著密封性能和油缸內摩擦力的大小。如果配合公差太大，密封件壓縮變形小，摩擦阻力小，但密封性能下降，容易引起油缸掛流或內泄漏現象。如果配合公差太小，密封件擠壓變形大，密封件壓縮變形大，擠壓力大，一方面柱塞不能形成有效的潤滑，另一方面油缸內摩擦力增大且不均勻，容易產生爬行。

多臺設備中將柱塞尺寸公差在原公差尺寸基礎上減小0.20mm，密封圈溝槽尺寸公差加到0.25mm。結果液壓系統返程壓力由以前的8～9MPa降到3～4MPa，減少了50％，說明由于密封件尺寸公差選配的改變，油缸內綜合摩擦力降低了50％。最合理的尺寸公差不是樣本或CAD設計軟件選擇的，是實踐試驗得出的。樣本或CAD軟件只推薦了通用公差配合值，針對不同的機械設備，不同的工作情況，油缸密封方案、密封圈、導向帶、防塵圈尺寸公差、形位公差要求是不一樣的。如果公差尺寸合理，密封件在密封槽中的舒展性好，密封件擠壓變形合適，密封圈對柱塞的摩擦力影響小且均勻。處理好油缸柱塞、密封槽表面粗糙度，油缸柱塞、密封槽尺寸公差，油缸引起的爬行基本可以解決。

2.3 低速引起的爬行

當物體運動速度較大時，往往來不及停止，因而其起動后不會出現靜摩擦力而只有動摩擦力。這樣，就不會出現從動摩擦力突然降低到靜摩擦力的情況。另外，速度較大，物體不容易處于摩擦力負阻尼區段運行，因而也就不大會產生摩擦力下降情況，也就不會出現低速導致爬行[6]。低速爬行是機械運動系統，液壓油缸低速運行常見現象，如果速度要求更高，需要先進的控制技術，比如電液比例控制系統等。

2.4 機械扭力軸工作引起的爬行

液壓系統-油缸-扭力軸－導軌-滑塊組成的機液混合系統，其工作調整過程就是產生微小爬行的過程，如果機械間隙或安裝精度超出公差范圍，其調整的幅值與頻率超出合理范圍產生爬行，其工作原理在本文2.1（3）中已論述。處理好機械系統設計剛度、安裝、調整、間隙配合、潤滑狀態對解決爬行效果理想。

3 爬行的綜合預防

爬行原因分析清楚后，解決方法相對簡單。對于扭力軸折彎機存在的普遍性爬行問題，需要系統的綜合預防。從液壓系統、油缸設計、工藝編制、加工方法、零件檢驗、油缸裝配等全過程著手。

（1）在設計方面制定折彎機專用油缸設計規范，詳細到密封方案、粗糙度、倒角、形位公差、尺寸公差、技術要求等方面。同時突破標準和樣本的推薦值束縛，根據實踐經驗標注尺寸和相關技術要求。

（2）在工藝方面制定油缸專項加工工藝路線和詳細的工序、工步，并結合加工設備情況確定加工設備參數。

（3）檢查部門制定詳細的油缸檢驗作業指導書，確定關鍵質量控制點，嚴格質量過程控制。

（4）部裝和組裝制定詳細的裝配、試驗工藝規范,由專人進行油缸的加工、轉運和裝配。

（5）保證外購密封圈、導向帶、防塵圈的采購質量，選擇名牌產品，嚴控進貨渠道。

[1]王東明，等.基于T-CPU的多缸電液比例同步控制系統研究與應用[J].制造技術與機床，2012，（6）.

[2]官忠范，主編.液壓傳動系統（第3版）[M].北京：機械工業出版社，2013-01月.

[3]雷天覺，主編.液壓工程手冊[M].北京：機械工業出版社，1990.

[4]美孚工業潤滑油公司.保持“最佳粘度”，激發液壓能效[J].現代制造，2015.

[5]鄭淑麗.粗糙度對接觸界面動態特性的影響研究[J].機械研究與應用.2014，（4）.

[6]官忠范，主編.液壓傳動系統（第3版）[M].北京：機械工業出版社，2013.

[7]鄒炳燕，等.液壓管路故障分析及解決措施[J].液壓氣動與密封，2015，（9）.

Reason analysis and solution ofslide craw l for torsion shaft synchronous press brake

LIU Minxiang,WANG Jiping
（Key Lab of Automation and Information Technology of Pipe Making Equipment of GANSU Province, Tianshui Metalforming Machine Tool Co.,Ltd.,741020,Gansu China）

The phenomenon of slide crawl on torsion shaft synchronous press brake during working process in engineering practice has been introduced in the test.Several kinds of reasons of the slide crawl and the specific solution have been analyzed.Aiming at the common slide crawl issue existing in the torsion shaft synchronous press brake,the comprehensive precaution has been put forward.

Torsion shaft synchronous press brake;Slide crawl;Hydraulic oil cylinder

TG315.5+4

B

10.16316/j.issn.1672-0121.2016.05.011

1672-0121（2016）05-0037-03

2016-03-07；

2016-05-13

劉民祥（1967-），男，高級工程師，甘肅省領軍人才，從事剪折機床及JCOE焊管裝備液壓技術研究與應用。E-mail：qa-wdm@163.com