YH25-315E油壓機溜車故障分析及處理

何 琪，魏 陽，張衛昌

（陜西重型汽車有限公司車身廠，陜西西安 710200）

0 引言

YH25-315E是合肥鍛壓機床有限公司生產的一款3梁4柱式壓力機，該壓力機適用于黑色金屬及有色金屬薄板的彎曲、翻邊、壓制等工藝，廣泛應用于汽車、拖拉機、家電行業的薄板覆蓋零件的加工工藝。

該壓力機具有獨立的動力機構和電氣系統，電氣采用可編程控制器控制、按鈕集中控制，具有單次、帶送料的連續循環2種工作方式。滑塊行程和工作壓力在規定范圍內可調，因此可滿足定程成形和定壓成形2種工藝方式，定壓成形工藝方式還具有壓制后保壓延時的功能。目前該壓力機在我公司作為重點設備承擔著某車型車門的包邊任務，工作模式為單次。

1 液壓系統原理（圖1）

1.1 液壓系統組成

本機液壓系統主要由能量轉換裝置（泵、油缸）、能量傳送裝置（油箱、管路、沖液閥）、能量調節裝置（各液壓閥）等組成，借助于電氣系統，完成所需的工藝動作循環。其中，2臺主泵為Parker壓力補償變量軸向柱塞泵，由電機直接驅動；主缸為活塞缸（可帶動滑塊下行及回程），2個側缸為單作用柱塞缸（只能下壓，不能回程）；液壓系統主閥塊采用二通插裝閥集成模塊，插裝閥由先導控制閥、控制蓋板、插裝組件3部分組成，先導閥安裝在控制蓋板上，整個插裝閥結構緊湊，安裝維修方便，動作靈敏，液壓沖擊小，傳動率高，密封性好，使用壽命長。

1.2 滑塊動作過程

啟動電機M1，M2，軸向柱塞泵輸出的油液經插裝閥流回油箱，即卸荷。按下滑塊下行按鈕，開始動作。

（1）滑塊快速下降。滑塊快降時，2Y1，2Y2a得電，2個柱塞泵同時工作，建壓并提供高壓油；3Y1，3Y10得電，高壓油進入油缸上腔；3Y3，3Y5得電，油缸下腔接通油箱；3Y7得電，控制油液打開沖液閥對油缸上腔進行快速沖液，滑塊實現快速下降（滑塊快降時，控制沖液閥開啟的電磁閥3Y7也可不得電，而依靠油缸上腔形成的負壓將沖液閥的錐閥吸開）。

（2）慢降加壓。當滑塊下降到指定位置時，位移傳感器發出快速轉慢速的信號，此時2Y1，2Y2a，3Y1，3Y10得電，上腔進油；3Y4，3Y5得電，油缸下腔接通油箱，滑塊在支撐閥的作用下進入慢降階段。

（3）保壓。當主缸上腔壓力上升到壓力傳感器3S201調定壓力值時，計時器開始計時，同時所有電磁閥失電，泵卸荷。

（4）卸壓。當計時器延時時間到，電磁閥3Y6得電，主缸上腔卸壓。

（5）滑塊回程準備。2Y2b，3Y2，3Y6，3Y7 得電，低壓油打開沖液閥，同時下腔打開，液壓系統進入回程準備。

（6）滑塊回程。當主缸上腔壓力卸至壓力繼電器3S202調定值時，2Y1，2Y2a，3Y2，3Y7 得電，此時沖液閥打開，主缸下腔進油，上腔油液回油箱。

（7）回程停止。當滑塊回程至限位3S101時，所有電磁閥均失電，對應插裝閥關閉，滑塊停止于上限位置，至此，滑塊完成一個完整的工作循環。

2 故障現象

2017年6月，機臺長反映YH25-315E壓力機使用過程中，操作人員完成前一件車門的包邊，取出上一工件并放入下一工件時，操作壓力機下行無動作，而必須先按壓回程按鈕至回程到位后，滑塊才能下行壓件。現場檢查后發現故障原因為操作人取件和放件的時間間隔內，滑塊嚴重溜車導致滑塊上限位信號缺失所致。滑塊溜車不僅擾亂了正常的操作流程，影響車門包邊效率，還帶來很大的安全隱患。

3 故障分析及排查過程

滑塊回程至上限位時，所有電磁閥均失電，理論上講，此時，上腔不供油，下腔不排油，滑塊應該保持在上限位位置，而溜車則說明下腔油液存在泄漏，因此宜由易到難對壓力機油缸下腔泄漏可能原因進行排查驗證。

3.1 排查下腔管路可能存在的泄漏

下腔管路存在的泄漏包括管道裂紋、沙眼、接頭滲漏及下腔相關功能閥安裝連接處密封損壞泄漏，檢查過程直觀簡單。經過排查，確認下腔管路完好，無滲漏點。

3.2 排查油缸下腔相關液壓閥故障導致的泄漏

下腔相關液壓閥本身存在損傷泄漏或卡死而未能關閉到位，會導致下腔油液通過原正常的回油通道回油箱。具體表現為通過以下通道回油箱：淤通過主缸下腔安全溢流閥h回油箱；于通過3Y5，3Y3，滑塊從快降回油通道回油箱；盂通過3Y5，3Y4，滑塊從慢降回油通道回油箱；榆通過3Y5，3Y9，滑塊從無壓下行回油通道回油箱。從以上可能的回油方式可見，除了經由安全閥h可獨立回油外，其余回油途徑均需要2個閥同時故障，兩閥同時損壞的概率較小。但不排除本次故障發生前其中一個閥已經存在關閉不嚴的情況，只是未表現出后果，而本次恰好另一閥也同時故障，從而將滑塊溜車現象表現出來。

圖1 YH25-315E壓力機液壓原理

（1）首先驗證安全溢流閥h。將h完全關閉，但滑塊溜車現象并未消除；此外，假設溢流閥h存在泄漏，那么滑塊正常回程時壓力油也會經過h泄漏，但現場滑塊回程正常，這也從側面佐證了溢流閥h完好性。

（2）驗證3Y5。無論主缸下腔油液是通過快降、慢降還是無壓下行通道回油，均無法繞開3Y5。先后檢查并更換3Y5先導閥及插裝件，故障仍未消除，因此排除了3Y5故障。事實上，排除3Y5故障其實也就排除了其他閥的故障。因為假設3Y5完好，關閉可靠，那么即使3Y3，3Y4，3Y9存在泄漏，主缸下腔也完全能夠保持良好的封閉狀態。

因此，通過以上驗證，排除了油缸下腔相關液壓閥故障導致滑塊溜車的可能。

3.3 排查主缸泄漏

根據本機油缸的結構，主缸（活塞缸）決定整個滑塊的回程過程，由它支撐滑塊停止在任意位置，因此溜車現象只與主缸有關。通過檢查，主缸端蓋連接部位完好無泄漏，唯一剩下的故障原因只可能為主缸活塞密封損壞，油缸竄缸。為了確認判斷，需對主缸竄缸問題進行驗證，驗證步驟如下。

（1）將已打壓伸出的等高液壓千斤頂支在移動工作臺上，選擇無壓下行，將滑塊落實在千斤頂上。

（2）滑塊落實后，下腔壓力表顯示壓力為0時，從主缸下腔油管對接法蘭部位安全拆卸并封堵下腔（為了在驗證主缸竄缸過程中排除其他因素的干擾，封堵位置位于整個插裝閥組之前）。

（3）松開并移除液壓千斤頂。如果移除千斤頂后，滑塊只是輕微下溜，并且很快停止的話，則可證明活塞密封完好。而現場驗證時，移出千斤頂，滑塊幾近以勻速下落直至落實在支撐墊塊上，壓力機控制面板顯示滑塊由移除千斤頂前的383 mm位置處溜車至712 mm，驗證行程長達329 mm，排出油液體積V=仔（R2-r2）×h=6.586 L，其中，R 為活塞缸活塞半徑，r為活塞缸活塞桿半徑，h為驗證行程，此部分油液泄漏的唯一途徑即為竄缸至活塞缸上腔，這充分證實了此前油缸竄缸問題的推測。

至此，故障原因得以完全確認，即主缸密封損壞，內泄導致滑塊溜車。

4 故障處理——更換主缸密封

4.1 本機主缸活塞密封概況

本機主缸活塞共有6道密封，含4件導向環（支撐環）、1件格萊圈、1件Yx型密封圈，其中導向環、格萊圈采用SKF標準產品，而使用的Yx型密封圈是由合鍛委托國內密封廠家生產的一件非標準系列密封圈。

（1）導向環。導向環（支撐環）安裝于活塞上，用于支撐活塞的往復運動，可防止活塞在運動過程中與缸體發生直接接觸和摩擦，起到保護缸體與活塞不被損壞的作用。

（2）格萊圈。格萊圈由一個橡膠O形密封圈及聚四氟乙烯方形密封圈組合疊加而成，依靠其本身的變形對密封表面產生較高的初始接觸應力，阻止無壓力液體的泄漏；工作時，壓力油通過O形密封圈的彈性變形最大限度地擠壓聚四氟乙烯方形密封圈，使之緊貼密封表面而產生較高的隨液體壓力增高而增高的附加接觸應力，并與初始接觸應力一起共同阻止壓力液體的泄漏，格萊圈為雙作用活塞密封，具有摩擦力小、無爬行、啟動力小、耐高壓的特點。

（3）Yx型密封圈。Yx型密封圈分為孔用Yx，密封圈和軸用Yx密封，其短唇與密封面接觸，摩擦阻力較小且耐磨性好，使用壽命長，而長唇的作用在于提高較大的預壓縮量與非運動表面，以保證Yx型密封圈在工作中不會隨意抖動。活塞上采用Yx型孔用密封圈，安裝時必須注意唇口的方向，才能起到預期的密封效果。

4.2 拆卸步驟及注意事項

（1）合模。脫開模具與滑塊的連接，將工作模式選擇在“有壓調整”上，在加壓狀態下，松動活塞桿與滑塊連接部位連接螺栓，本機活塞桿與滑塊的連接采用法蘭環壓扣式結構，本步驟的目的是為了便于后續拆除該螺栓。

（2）鎖緊滑塊。將載有模具的移動工作臺開出，將提前準備好的固定墊塊放置在下橫梁上平面（受車間空間所限，本壓力機工位無天車或其他吊裝設備，因此無法移除模具，將移動工作臺單獨開入作為固定墊塊的支撐臺面）。固定墊塊的高度應根據活塞缸尺寸提前進行核算，不能過高，除了滿足活塞桿脫開缸體所必須的剛性尺寸外，還需要預留千斤頂和可調墊塊的高度尺寸，否則滑塊即使落實在墊塊上，活塞桿將仍無法脫開缸體。

（3）在固定墊塊上放置適當高度的可調墊塊，然后預支一組已打壓頂起的等高千斤頂，并交錯布置另一組等高千斤頂。

（4）將滑塊解鎖，然后關閉3個油缸沖液閥前方的截止閥，拆卸3個油缸上腔加壓油管，并松開下腔直動式溢流閥使下腔泄油，將滑塊落至第一組等高千斤頂上。

截止閥關閉后，系統出于保護，泵會停止工作，不再提供動力，因此必須提前將滑塊解鎖，然后才能關閉截止閥。隨后的步驟中也已不能依靠電氣來控制滑塊動作，所以本步驟完成后，關閉壓力機主電源。

關閉截止閥并打開上腔加壓油管的目的是為了在滑塊下行時，上腔不進油，只進空氣，待3個油缸在活塞桿及柱塞桿脫開的時候，缸體內部只有空氣，而不會出現大量油液流出，但是竄缸使得活塞缸下腔油液并不能全部通過直動溢流閥回油箱，活塞缸下腔部分油液會翻至活塞缸上腔，因此在拆開的時候，活塞缸上腔會有油液流出，但柱塞缸不受影響，柱塞缸脫開時流出的油液僅為滑塊回程至上限位后柱塞缸內的殘余的油液。

松開該直動溢流閥h目的是為了在已關閉壓力機主電源的前提下，手動使滑塊在自重作用下下行，將活塞缸下腔油液排回油箱。

（5）拆卸活塞缸下端蓋螺栓，使油缸下端蓋與油缸脫開。必要時，需在端蓋下方支撐，防止端蓋拆卸后滑落磕傷（如果端蓋密封件狀態良好，則端蓋仍可因密封件產生的摩擦力而抱緊在活塞桿上）。

（6）松開第一組等高千斤頂，使滑塊落在第二組等高千斤頂上。通過移除千斤頂下方調整墊塊，使2組等高千斤頂反復交互使用，使滑塊慢慢下降，直至柱塞桿、活塞桿與其缸體完全脫開。

（7）拆掉活塞桿與滑塊之間的連接螺栓（“4.2拆卸步驟及注意事項（1）合模”中已經卸力），將整個活塞桿移至開闊地方，拆除舊密封（圖2）。本機在拆卸后發現Yx型密封損壞嚴重（圖3），甚至缸體內部可見條狀、塊狀密封碎屑。碎屑夾雜在活塞與缸體之間伴隨活塞而運動，導致油缸內壁也出現刮痕，鑒于刮痕并不嚴重，本次維修中暫時未予處理。

4.3 安裝步驟及注意事項

（1）更換新密封。待整套新密封更換完成后，將活塞桿組件托舉到滑塊上相應位置，利用螺栓將活塞桿與滑塊通過法蘭重新相連。

密封更換過程中，應特別關注格萊圈的裝配。格萊圈中的O形圈一般可直接套入溝槽。為了防止外側聚四氟乙烯方形密封圈安裝時發生損傷，小尺寸格萊圈外側的聚四氟乙烯方形密封圈可以用水或者油進行加熱（加熱溫度約80～120℃），聚四氟乙烯密封件加熱后很容易被擴張并恢復原狀；而大尺寸的格萊圈則需要采用專門制作的錐形套筒，從套筒的小頭逐漸推向大頭，并最終推到溝槽內，為了促使被擴張后的聚四氟乙烯方形密封迅速復原，有時還需使用內徑與缸體內徑相符的校準套進行調教。本次更換過程中，采用100℃熱水對其進行加熱安裝。

（2）與活塞桿脫開時的打壓方式相反，2組千斤頂依然反復交互使用，使滑塊慢慢上升。在打壓千斤頂頂升滑塊的過程中，必要時須在兩個對角測量滑塊距下橫梁的尺寸，避免單側起升過快造成立柱及防塵圈損傷。

（3）活塞桿順利導入缸體后，安裝活塞缸下端蓋。然后安裝此前所有已拆卸管路，并調整直動溢流閥h至正確的溢流壓力。

（4）加壓緊固活塞桿與滑塊連接螺栓，并大行程往復試運行，逐漸排除油缸內空氣后交付使用，溜車顯現消除。

圖2 拆下后的活塞頭

圖3 損壞嚴重的Yx型密封

5 結語

面對液壓傳動設備故障，通過分析液壓原理，利用排除法，從易至難進行排查驗證，最終找出故障原因，是液壓傳動設備修理中一個重要方法。