KPC5000—AR型數(shù)控龍門銑鏜床散熱故障的分析與處理

張媛媛

【摘 要】過熱停機(jī)是機(jī)加工設(shè)備常見故障之一，易造成設(shè)備連續(xù)化作業(yè)中斷，影響企業(yè)生產(chǎn)效率。本文針對KPC5000-AR型數(shù)控龍門銑鏜床的過熱停機(jī)問題展開分析并提出一種解決方案，為相關(guān)設(shè)備處理類似故障提供參考。

【關(guān)鍵詞】數(shù)控龍門銑鏜床；油溫；散熱

0 引言

現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)對機(jī)加工設(shè)備的依賴性越來越高，如果設(shè)備故障停機(jī)導(dǎo)致連續(xù)化作業(yè)中斷，將直接影響企業(yè)的生產(chǎn)效率。我公司自2007年引進(jìn)一臺由西班牙Zayer公司生產(chǎn)KPC 5000-AR型數(shù)控龍門銑鏜床，自2011年5月至2015年5月期間，多次出現(xiàn)油溫過高故障報警停機(jī)。本文針對該設(shè)備的過熱問題進(jìn)行分析并提出解決措施。

1 KPC 5000-AR型數(shù)控龍門銑鏜床簡介

如圖 1所示，KPC 5000-AR型數(shù)控龍門銑鏜床（以下簡稱龍門銑鏜床）主要由龍門架、床身、工作臺（工作X軸）、滑枕（工作Y 軸）、主軸（工作Z軸）、延伸頭、萬能頭、電氣系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)組成。

龍門銑鏜床包含啟動、換頭、定位和加工四個工況，其中，在啟動工況中工作臺和滑枕移到零點(diǎn)，換頭工況中程序根據(jù)加工件的類型而將刀頭切換為延伸頭或萬能頭，定位工況中工作臺將移到指定加工位置，加工工況中電機(jī)帶動刀頭加工工件。

液壓系統(tǒng)用于主軸偏載平衡、刀具移動和刀頭夾緊，其中油源液壓原理如圖2所示。P1、P2和P3對應(yīng)于各執(zhí)行器的壓力油口，電磁換向閥9作為加工工況中的卸荷閥，在執(zhí)行轉(zhuǎn)頭、換刀等動作時加壓，待設(shè)備處于加工工況時卸荷。

2 故障分析

液壓系統(tǒng)中產(chǎn)生的熱量，一部分使油溫升高轉(zhuǎn)變?yōu)橛鸵旱膬?nèi)能，一部分經(jīng)油箱表面散發(fā)到空氣中去。如果系統(tǒng)發(fā)熱大于油箱散熱能力，油溫就會持續(xù)升高。

其中，C為油液比熱容，取值1.97kJ/（kg·K），ρ為油液密度，取值0.855kg/L。V為油液體積，取值20L，？駐T為溫度升高值，取值29℃，t為溫升持續(xù)時間，取值18000s，代入數(shù)據(jù)得超出散熱能力部分的功率為0.054kW。

由圖3可以看出整個過程中油箱溫度上升平穩(wěn)，另外考慮到加工工況時間占比最長，其余工況總時間占比很小，因此可初步認(rèn)定熱量主要來自于加工工況。

加工工況下液壓油源處于卸荷狀態(tài)，不對外輸出壓力，因此發(fā)熱原因可限定在油源部分，具體可能有以下兩個方面：

1）回油過濾器堵塞導(dǎo)致卸荷不徹底

隨著使用時間累積，油液污染物會導(dǎo)致回油過濾器堵塞，回油過濾器兩端壓差增大，使系統(tǒng)卸荷不徹底，引起發(fā)熱。

2）液壓泵效率降低導(dǎo)致的過熱

設(shè)備從2007年投入使用，至2011年首次出現(xiàn)過熱故障，期間設(shè)備投入使用了約5年時間，齒輪泵在長期運(yùn)行過程中可能會磨損、老化導(dǎo)致效率降低，功率損耗轉(zhuǎn)化為熱量使油溫上升。

為明確發(fā)熱原因，試驗(yàn)人員將濾芯進(jìn)行了更換，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)更換濾芯后系統(tǒng)過熱并無改善，因此可認(rèn)為齒輪泵效率降低是導(dǎo)致系統(tǒng)過熱故障的主要原因。

3 處理方案

更換齒輪泵是較為直接的解決方法，但該機(jī)床為進(jìn)口設(shè)備，從原廠購進(jìn)齒輪泵成本高昂，且該齒輪泵安裝接口特殊，難以找到匹配的替代產(chǎn)品，因此考慮對原液壓系統(tǒng)進(jìn)行改造，給油箱加入額外的冷卻系統(tǒng)來解決過熱問題。

其中P為根據(jù)式（1）計算的多余發(fā)熱功率，值為0.054kW；T為油箱熱平衡期望溫度，取值50℃；T0為環(huán)境溫度，取值28℃，代入數(shù)據(jù)后得到冷卻器的最小當(dāng)量冷卻功率K為0.002kW/℃。

根據(jù)計算結(jié)果，選擇油/風(fēng)冷卻器HD0810T作為散熱系統(tǒng)的冷卻裝置，該冷卻器適用油壓系統(tǒng)功率為1.5-2.2kW，適用流量為10-60L/min，在20L/min的流量下的當(dāng)量冷卻功率為0.09kW/℃，滿足要求；選擇離心泵TCP-118作為冷卻系統(tǒng)的循環(huán)泵，該泵的揚(yáng)程為12m。

圖5為改造后的設(shè)備在加工工況下的溫升曲線。結(jié)果顯示油箱油溫上升逐漸趨于平緩，最終在45℃達(dá)到系統(tǒng)的熱平衡，油溫穩(wěn)定不再上升，沒有出現(xiàn)過熱報警現(xiàn)象，處理方案有效。

4 總結(jié)

機(jī)加工設(shè)備的液壓系統(tǒng)在連續(xù)工作過程中容易發(fā)生過熱故障，導(dǎo)致設(shè)備停機(jī)無法連續(xù)工作。本文以KPC5000-AR型數(shù)控龍門銑鏜床為研究對象，分析了其過熱原因，提出了增加冷卻系統(tǒng)的故障處理方案，結(jié)果表明，該方案能有效解決過熱故障問題，可為相關(guān)設(shè)備處理類似故障提供參考。

【參考文獻(xiàn)】

[1]成大先.機(jī)械設(shè)計手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1993.

[2]嚴(yán)金坤.液壓動力控制[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，1986.

[責(zé)任編輯：田吉捷]