水壓機操縱系統(tǒng)的發(fā)展

楊國強

（寶雞鈦業(yè)股份有限公司鍛造廠，陜西寶雞 721014）

0 引言

液壓傳動技術(shù)是17 世紀根據(jù)帕斯卡提出的液體靜壓力傳動原理發(fā)展起來的，而鍛造液壓機是20 世紀50 年代發(fā)展起來的一種鍛壓設備，是利用液體壓力來傳遞能量的全液壓控制設備。與機械壓力機相比，其壓力和速度在廣泛范圍內(nèi)無級調(diào)整，公稱壓力大、流量高、液壓沖擊大。通過理論研究結(jié)合實踐、總結(jié)經(jīng)驗，國內(nèi)外科技工作者對鍛造液壓機的傳動系統(tǒng)進行了深入的研究，逐漸形成3 種主要的液壓傳動形式。

1 水壓機操縱系統(tǒng)

水壓機是利用液體的壓力能將工件加工成想要形狀及性能的一種鍛壓設備，其操縱系統(tǒng)通過手柄、控制元件、接力器、反饋裝置等環(huán)節(jié)去操縱各種分配器的閥開或閉，來控制水壓機工作，保障水壓機完成一個由鍛造工藝確定的工作周期。這個周期是：①動梁空行程向下并能停止在該行程的任意位置上；②工作行程（上砧接觸鍛件后的加壓行程）并能停止在該行程的任意位置上；③動梁回程并能停止在該行程的任意位置上；④實現(xiàn)快鍛即在單位時間內(nèi)進行行程小和次數(shù)多的鍛造，用于精整、倒棱工序；⑤將鍛件鉗制在上下砧之間。

為了完成上述工作周期，操縱系統(tǒng)有多種不同的形式，但它們都應具有以下5 個特點：①使動梁有盡可能快的行程速度；②操縱輕便、靈活、準確、安全可靠；③經(jīng)濟地利用高壓水或其他輔助能源；④操縱系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)簡單、適用、易于制造和維修；⑤優(yōu)先采用標準化的零部件和液壓元件。

2 水壓機操縱系統(tǒng)的發(fā)展及形式

（1）水壓傳動的隨動操縱系統(tǒng)。其特點是利用泵站的高壓水做為系統(tǒng)本身的動力源，它通過大手把、二級分配器（控制元件）、齒輪齒條接力器，蘇式連桿反饋機構(gòu)去操縱凸輪式分配器的凸輪軸回轉(zhuǎn)，實現(xiàn)閥的開或者閉。寶鈦集團1250 t 水壓機的操縱系統(tǒng)最早也是如此，此種操縱系統(tǒng)，勞動強度大，系統(tǒng)精度差，可靠性差，維修保養(yǎng)困難，現(xiàn)在大都淘汰不用予以改造。

（2）電液傳動的閉環(huán)操作系統(tǒng)。動力源為輔助油泵站供給的壓力為6.5 MPa 的礦物油，該系統(tǒng)在電氣系統(tǒng)的配合下形成電液伺服系統(tǒng)，其實際是一個液壓傳動系統(tǒng)，因為液壓系統(tǒng)有易然、易漏且其伺服閥對油液要求較高的缺點，所以其安全性較差、故障率高，在發(fā)展過程中被慢慢地淘汰了。

（3）電氣傳動的閉環(huán)操縱系統(tǒng)。寶鈦集團3150 t 水壓機在2008 年對其進行了改造，其主要工作過程如下：在操作臺臺上搬動小手把（連接一個編碼器），這時會有一個信號傳送到PLC，其將信號轉(zhuǎn)換成伺服電機可以接收的信號，該信號傳給伺服電機，電機會有一個擺角，經(jīng)過蝸桿減速器帶動分配器的傳動軸；傳動軸上檢測軸擺角的傳感器會將信號傳到PLC，與手柄發(fā)出的信號作對比；使軸一直轉(zhuǎn)到手柄所給定的信號“位置”（軸上有正、負兩個極限限位保護，伺服控制器中還有過載及溫度保護）；軸使與其連接的凸輪推動頂桿，使閥開啟或關(guān)閉。該系統(tǒng)工作穩(wěn)定，采用無觸點元件經(jīng)久耐用，易于實現(xiàn)自動控制和檢測鍛件尺寸，甚至實現(xiàn)與操作機聯(lián)動。其最大的特點是水壓機操縱已經(jīng)實現(xiàn)部分自動化（按編程），而且可以實現(xiàn)完全自動化。另外，該系統(tǒng)還有機械結(jié)構(gòu)簡單可靠、易于維護保養(yǎng)、使用效果良好等特點，為今后水壓機的設計和改造指引了一條新途徑。

從現(xiàn)在使用的設備控制方案可知，這是一個閉環(huán)系統(tǒng)，控制精度較高，反應靈敏能達到現(xiàn)場的使用要求（圖1）。

圖1 設備控制流程

3 水壓機操縱系統(tǒng)常見故障

操縱系統(tǒng)主要由分配器、充水系統(tǒng)、管道及連接附件、伺服系統(tǒng)等組成。對于水壓機而言，操縱系統(tǒng)就像人的大腦一樣、不可替代，其重要性不言而喻。下面主要來分析伺服系統(tǒng)及主分配器方面的組成、工作原理及常見故障。

目前主流的水壓機操縱系統(tǒng)多數(shù)為電氣閉環(huán)系統(tǒng)，主要包括伺服電機、搖桿軸、（進、排）水閥、頂桿及頂桿套、位置傳感器、PLC 伺服控制器等。在實際工作中，系統(tǒng)會發(fā)出伺服電機過載等報警提示。

伺服電機過載故障是比較常見也容易判斷處理的。首先，要了解該報警是否是系統(tǒng)檢測到伺服電機電流等工作參數(shù)得到的。先檢查最容易判斷的頂桿及套、滾輪等，滾輪是否完好、頂桿與頂桿套配合間隙是否合理、有無卡滯。實踐統(tǒng)計，過載報警類故障有80%是由上述零部間失效引起的。為了盡量避免此類故障的發(fā)生，可以采取如下措施：頂桿及頂桿套要加強規(guī)范潤滑措施，落實潤滑的相關(guān)要求；滾輪在加強巡檢力度，失效后要及時更換。因為部分滾輪位置的滾輪失效后，不但能引起過載類故障的發(fā)生，而且能引起操縱系統(tǒng)動作“失靈”。這一點要特別引起技術(shù)人員的注意。

伺服系統(tǒng)是壓機的“中樞”，要從其組成、工作原理等方面去熟練掌握他。另外，常見的故障還有輸入（手柄給定數(shù)值）、輸出（搖桿軸編碼器返回值）不一致。這類故障大多數(shù)是由于輸出編碼器（搖桿軸上的）聯(lián)軸器松動或者損壞引起的。處理時應首先檢查該聯(lián)軸器，因為其松動可導致?lián)u桿軸“零位”跑偏，如果有問題可根據(jù)實際情況處理修復或更換新件。另外，偶爾有線路故障發(fā)生要具體甄別。寶雞鈦業(yè)股份有限公司鍛造廠在2018 年就出現(xiàn)一例故障，壓機在加壓完成后要提升時，伺服控制器經(jīng)常就進入“保護狀態(tài)”，導致設備“失控”。這種故障是很危險的，伺服報警器英文顯示已到位置。剛開始處理這類故障時，技術(shù)人員因為未遇到類似問題，誤認為這是“過載”保護，拆開進、排水閥數(shù)次，故障始終排除不了，這給相關(guān)技術(shù)人員帶來了極大壓力。在壓機提升時，技術(shù)人員偶然發(fā)現(xiàn)搖桿軸上的限位感應裝置指示燈在故障時間點亮了，這才理解壓機“失控”的原因：原來是搖桿軸上限位感應裝置發(fā)生了周向轉(zhuǎn)動，固定感應裝置的定位鍵失效。通過恢復定位鍵后即可正常工作。對于類似問題的解決，技術(shù)人員一定要注意要具體問題具體分析，才能準確、快速地處理故障。

除了伺服系統(tǒng)報警類故障之外，還有一大類是閥門的故障，如主分配器內(nèi)部密封損壞、閥口關(guān)水不嚴、閥芯卡滯等。單獨密封失效類故障比較好處理，根據(jù)相應的動作情況就可以判斷。但是在處理過程比較煩瑣，需要拆開螺塞，用專用工具將密封座、閥杯、閥座等零件取出，并更換相應的密封件。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，人們對環(huán)保的要求日益嚴格，而工廠將液壓機原本使用的乳化液用工業(yè)用水替代這樣的做法，就給設備的操縱系統(tǒng)造成部分故障。因為乳化液有一定的潤滑性能，不容易腐蝕閥杯、閥座等零件，使拆裝工作進行得比較順利，使用效果也比較好，而換做工業(yè)用水后，不但加劇了相關(guān)零部件磨損、銹蝕，還給檢修工作帶來了困難。所以，技術(shù)人員要注意尋找解決上述困擾的平衡方案。

由閥門引發(fā)的故障一般要拆解各分配閥芯，除了要關(guān)注顯而易見的問題外，應當注意到一大類問題的存在，即閥芯2 mm泄流通道的角度問題。正常情況下，在頂桿將閥桿微微頂起（2 mm）左右時，主閥上腔就會迅速泄壓，形成一個泄流通道、平衡上下兩腔的壓力，主閥芯隨即就能輕松打開。如果該角度不對，在閥桿被頂起2 mm 后閥芯孔就會被堵上，主閥上腔就有很大的壓力，主閥芯也就無法打開。此類問題可引起多種類型的故障，如動作失靈、設備發(fā)抖等。

4 結(jié)論

綜上所述，一臺設備的操縱系統(tǒng)異常復雜，應該從其構(gòu)成原理入手來掌握，使其為工業(yè)更好地服務。操縱系統(tǒng)是水壓機控制的中樞，只有不斷研究相關(guān)技術(shù)，才能使水壓機控制得更加可靠、準確、智能，才能使設備發(fā)揮出更大的潛能。