壓力機液壓系統存在問題的分析及改進

江代祥

(廣西柳工機械股份有限公司 廣西柳州545007)

公司裝配工位的一臺軸承壓裝壓力機在使用過程中一直存在電機容易升溫和控制開關頻繁跳閘停機的故障，停機后必須等待電機冷卻后重新打開控制開關才能重新工作，這一問題的存在影響了生產節拍和生產進度，急需解決和處理，以保證生產能夠順利進行。

1 工位工作內容介紹

該軸承壓裝工位主要用于主動螺旋齒輪軸承組件上兩個背對背圓柱滾子軸承壓裝（軸承組件結構示意圖如圖1所示），放入軸向間隙調整軸套后使用壓力機把軸承壓裝到位后，壓力機停留模擬裝配完畢后軸向定位預緊[1]，人工轉動軸承組件測量旋轉力矩，確認軸承松緊程度符合預緊要求后，松開壓力機壓頭，完成壓裝動作。

圖1 軸承組件結構示意圖

詳細工作過程工藝流程如下：放“軸承2”內圈至主動螺旋齒輪軸上→使用軸承壓裝工裝壓裝下“軸承2”→放置軸承套組件→放入軸套→放置上“軸承1”→使用壓裝工裝壓緊“軸承1”→保持壓力機壓緊狀態→使用手動測力計測軸承轉動力矩→松開壓力機→取下選墊好的組件待裝配（若未選到合適軸套，更換不同規格軸套，繼續重復操作）。以上就是壓力工位操作的過程及壓力機工作過程。

2 壓力機液壓系統分析

一般情況下液壓系統發熱原因很多：（1）系統清潔度不夠，有污染物進入液壓系統造成系統元件磨損，油液從高壓腔泄到低壓腔造成油溫升高；（2）液壓油的類型、粘度選擇不合理；（3）系統長時間處于高壓和超壓工作狀態，造成內部泄漏量大，泄漏高壓油的能量轉化為熱能造成液壓系統溫升[2]；（4）工作負載過大，長時間工作；（5）液壓元件嚴重磨損[3]；（6）油箱容積小，散熱不好等。下面我們針對主要一些原因結合實際進行分析和檢查。

2.1 壓力機液壓系統

壓力機液壓系統主要部件：電機、泵、二位四通電磁換向閥、三位四通電磁換向閥、溢流閥、雙作用油缸、液控單向閥等主要部件組成。系統原理如圖2所示。

電機帶動齒輪泵提供液壓能，二位四通電磁閥控制出口液壓油通斷，由1YA電磁鐵控制，三位四通電磁換向閥控制油缸上升或下行，由2YA、3YA兩個電磁鐵分別控制，液壓控單向閥用于行程范圍內任意位置停止及保壓，兩個溢流閥1、2分別用于整個液壓系統壓力和工作部分壓力的控制。

圖2 壓力機液壓原理圖

2.2 液壓系統清潔度檢查

液壓油單位體積中固體顆粒污染物的含量多少稱為“清潔度”，可分別以重量或顆粒數來表示。固體顆粒與液壓元件表面相互作用產生的磨損與表面疲勞可加速元件的磨損，使內泄漏增加，破壞系統正常運行[4]。 一般情況下40 μm以上的顆粒肉眼可見，如果對于壓力機液壓系統要求不高，可以肉眼觀察，發現油液渾濁或顏色變化再進行理化檢測。首先打開油箱堵頭放出底部液壓油，觀察油液中是否存在鐵屑等雜質顆粒物，油液清澈透明，沒有明顯雜質，油液也沒有發黑等現象；另外對油缸進行動作檢查，2個方向控制閥動作靈敏，如果不靈敏說明閥內部有雜質，造成閥卡頓和運動不靈活，由此判斷液壓清潔度有沒有問題，沒有必要進一步對油液進行固體顆粒物理檢測，排除清潔度的問題。

2.3 液壓油類型選擇

根據設備使用情況，壓力機為室內設備，設備出廠使用的壓力≤14 MPa，正常工作溫度＜50℃，推薦使用L-HL32級以上的液壓油，按照推薦型號選擇液壓油，而且確認油的清潔度，排除油品類型選擇錯誤的問題。

2.4 液壓系統分析

除以上油液問題，還有對液壓系統控制動作、工作負載及泄漏等方面進行分析：

1)系統動作分析

液壓系統控制，主要有三個：泵啟動、下壓動作、上升動作。泵啟動主要是接通電機電源，電機旋轉帶動泵吸油；下壓動作控制三位四通電磁鐵2YA，閥右位動作，油缸上腔進油，下腔回油，油缸下壓；上升動作控制三位四通電磁鐵3YA，閥左位動作，油缸下腔進油，推開液控單向閥，上腔回油，完成上升動作。了解主要動作過程后，啟動電機實際操作過程觀察看看動作過程情況，啟動電機后，電機帶動泵吸油，發現最靠近泵出油口的溢流閥1有壓力，說明處于負載狀態，但此時油缸并沒有進行工作，按照液壓系統常識，有負載才能建立壓力。再進一步觀察發現二位四通電磁閥電磁鐵1YA上吸合燈是亮的，說明此時該閥處于右位工作狀態，因為液壓系統在沒有動作時閥應該處于中位回油狀態，才能起到節能和防止系統發熱作用。這應該是發熱一個原因之一，這個問題有兩個可能的原因：（1）設計時把電機啟動與二位四通電磁閥設計在一個開關上，電機啟動閥右位工作；（2）安裝時把二位四通電磁閥接錯到啟動電機開關上。除了這個問題外可能還有其他問題引起，還需要對工作負載是否超過電機和泵功率的問題進行分析，防止漏掉其他問題。

2)電機功率和泵功率分析

為確定泵消耗的功率是否超過電機功率，需要驗算實際消耗功率大小，以確定是否存在超載問題。

電機功率驗算主要與泵實際工作壓力、實際轉速流量及泵的總效率有關，因此采用如下公式計算：

式中：PP為泵實際工作壓力（MPa）；按照之前溢流閥2調整壓力10 MPa(油缸額定壓力14MPa，溢流閥1調定壓力14 MPa沒有超過最大壓力值，如果系統短時間過載達到14 MPa，一般不會存在問題，因此以工作壓力進行測算)，壓裝力度滿足要求，確定為實際工作壓力；qvp為泵的流量（m3/s）；泵額定排量14 ml/r，轉速1420 r/min（設備上提供的數值）；泵流量=排量×轉速=19.88 L/min；ηp為液壓泵的總效率。

參照機械設計手冊齒輪泵總效率0.6～0.7，取=0.65，則：

設備電機額定功率3.7kW＜5.10 kW，說明在實際工作狀態下，電機功率不足。這也是電機發熱引起電器跳閘的原因之一。

3） 液壓系統泄漏分析

泄漏會導致系統工作壓力下降、執行元件動作失常，甚至不能工作。泄漏分為外泄和內泄。外泄一般可以通過外觀檢查確定，故障也比較容易處理。內泄外觀檢查不行，只能通過檢測才能確定是否泄漏或泄漏程度，比較實用的檢測是應用簡單的原位檢測儀或使用簡單的試驗判讀液壓元件是否泄漏[5]。

液壓泄漏是容易引起系統發熱的原因，對于外泄漏，需對液壓系統各部件觀察、觸摸的方式進行檢查，系統接頭、泵、管路無滲油，沒有其他的異常現象，說明沒有外泄漏。對于內泄漏采用簡單試驗的方法，在不同壓力下檢測泵和閥壓力擺振幅度確定，對泵和閥進行簡單壓力試驗觀察，啟動泵讓“溢流閥1”在右位工作狀態下，分別在5 MPa、10 MPa壓力下進行檢測，在兩個壓力情況下進行動作壓力擺振不超過±0.5 MPa（從壓力表讀數），泵和閥沒有異常響聲、異常溫升，也沒有異常振動，因此排除泵和閥內泄漏的問題。

經過以上分析，確認電機發燙和頻繁跳閘主要是電機過載及電磁閥控制不合理造成。因此，針對以上問題提出了以下的改進方案。

3 壓力機液壓系統的改進

3.1 液壓系統控制改進

針對二位四通電磁閥電磁鐵1YA在泵啟動時同時吸合問題，對電磁閥的控制順序進行改進：把二位四通電磁閥控制改接到三位四通電磁閥下壓（2YA）和上升（3YA）兩個電磁閥開關上。這樣在泵啟動后，二位四通電磁閥在左位工作，油回油箱系統沒有負載，1YA處于斷電狀態；按下壓或上升開關時1YA和2YA（或3YA）電磁鐵通電，系統遇到負載建立壓力，壓力大小跟油缸負載大小有關，油缸在“溢流閥2”的調定壓力以下正常工作，當油缸壓到軸承，處于停止保壓狀態時，松開下壓開關，1YA、2YA兩個閥電磁鐵斷電，液控單向閥鎖止，系統只有油缸保壓，泵空轉處于卸荷狀態,液壓油回油箱，不會出現之前在電機啟動尚未工作就處于“溢流閥1”溢流狀態或油缸壓住軸承不動時“溢流閥2”的溢流狀態從而引起系統發熱的現象。

3.2 電機功率不足的改進

根據系統工作負載的驗算發現電機功率需要5.1kW，但電機額定功率才3.7kW，功率明顯不足，電機一直在超負荷狀態下工作，這也是系統過熱頻繁跳閘的另外一個原因。因此，根據系統實際需要選用額定功率為5.5 kW（＞5.1 kW）的同類型電機，滿足系統對于電機功率的要求。

3.3 液壓系統控制優化

除了以上改進外，我們分析了原來的液壓系統，發現液壓系統稍顯復雜和冗余，可以通過系統優化，滿足原來系統要求的同時，可以使得系統元件減少，使系統控制更加的簡潔。可以使用一個中位機能為M型的三位四通電磁換向閥替換二位四通電磁閥和三位四通電磁閥，系統只保留其中一個溢流閥，該閥既可以做系統安全閥，同時可以做系統工作時的溢流閥，詳細方案如圖3所示。

圖3 壓力機液壓系統優化

4 結語

經過對壓力機的工作過程及液壓系統進行了分析找到了產生電機發燙和電器開關跳閘的根本原因，通過計算分析及對液壓系統方向控制閥的控制進行改進，簡化了液壓系統，保證了壓力機的正常運轉，不再出現電機發燙和電器開關跳閘問題，解決了設備故障，保證了工序能夠按照正常節拍進行生產。