車輪車床液壓系統壓力自動控制設計

郭磊，祁智斌，蓋曉朋，張闊

中車石家莊車輛有限公司 河北石家莊 050000

1 序言

車輪車床是鐵路車輛轉向架生產的關鍵裝備，主要用于加工軌距為1435mm的貨車輪對的輪緣踏面，最大加工直徑為1100mm。車輪車床液壓系統的壓力在各液壓元件動作時波動較大。機床設計有機械式壓力繼電器，用來檢測頂尖、千斤頂等液壓元件動作是否到位，但對整體系統壓力是否工作在正常范圍無檢測。車輪車床的液壓泵是液壓系統的動力來源，主要用于實現夾爪夾緊和放松、千斤頂上升和下降、定位測量裝置的伸出和縮回及主軸箱變速等動作。

將車輪車床的系統壓力控制在理想范圍內可減少車輪車床的故障，避免車刀崩刀和夾爪片非正常損壞，節省車輪車床的刀桿、絲杠等配件和車刀、夾爪片等工具的采購費用，還可消除故障維修過程中的人員工時浪費，有效提高車輪的加工質量。

2 車輪車床系統壓力存在的問題

車輪車床液壓系統的理想工作壓力在4.5～7.0MPa，如果系統壓力一旦不在正常范圍，會產生以下問題。

（1）車輪車床故障頻發 液壓系統壓力高于7MPa會造成液壓系統整體溫度升高，密封件頻繁損壞，系統漏油嚴重；還會造成液壓泵載荷過高，液壓電動機超載運行，液壓泵和電動機損壞。如果系統壓力不足4.5MPa，夾爪夾緊不到位，加工過程會出現工件脫轉，造成崩刀和夾爪座、夾爪片、刀桿損壞，工件脫轉嚴重時會造成刀桿變形、絲杠損壞。

（2）配件成本增加 液壓系統壓力過高或者過低會造成車輪車床的刀桿、夾爪片、車刀和絲杠等部件損壞，需采購新配件進行更換。

（3）維修周期較長 車輪車床絲杠、刀桿的采購成本較高，無備件儲備，需要臨時采購，采購周期較長，一般需要7～10d，絲杠結構復雜，維修過程繁瑣，更換一次就需要4名維修工2d的時間。

據近幾年設備維修的故障原因統計，數控車輪車床70%的故障都是由系統壓力不穩定造成的，因此控制好車輪車床的系統壓力不僅可以使設備保持良好的狀態，還可以節省配件和工具的采購費用。

3 系統壓力控制設計思路

圖1 壓力變送器

1）改造車輪車床液壓系統油路，加裝壓力變送器接口，安裝壓力變送器（見圖1），將實時壓力信號轉換為4～20mA模擬量信號進行采集。2）在車輪車床電氣控制柜內加裝由三菱FX2N PLC、FX2AD模擬量模塊、SIN502E信號隔離器和24V開關電源組成的PLC外部電路（見圖2），將采集的壓力變送器輸出的實時壓力數據進行分析。采集液壓泵控制繼電器15KA42的開關信號作為液壓系統運行的監視條件，用PLC輸出點Y0控制液壓泵繼電器15KM18工作。

圖2 PLC外部電路

圖3 PLC程序

3）根據控制要求編寫的PLC控制程序，如圖3所示。通過PLC實時監測液壓系統壓力，根據車輪車床液壓系統的特點，設置8s的液壓系統起動窗口時間，窗口期程序屏蔽壓力檢測，出窗口期后，一旦出現液壓系統壓力超出正常值范圍的情況，PLC會切斷液壓泵電動機的運轉，暫停車輪車床加工過程并輸出報警，避免因設備帶病運行而發生安全事故和設備故障。PLC輸出狀態指示燈Y003閃爍代表系統壓力低報警，PLC輸出狀態指示燈Y003、Y004同時閃爍表示系統壓力過高報警（見圖3c），方便維修人員對故障初期進行判斷。

4 改造后的效果

改造后車輪車床系統壓力控制在4.5～7.0MPa的理想狀態，基本杜絕了因液壓系統壓力過高或過低而造成的故障。通過一段時間的使用，產生效益如下。

（1）保證質量 改造后可以避免設備在正常系統壓力范圍外工作的情況發生，有效地保證了車輪的加工質量。

（2）保證安全 可避免崩刀情況發生，保障車輪的加工過程安全。

（3）節約工具費用 可減少更換夾爪片、車刀等部件的情況，減少工具的費用支出。車輪車床所用1把車刀的費用為160元，發生一次崩刀需同時更換2把車刀，共320元；夾爪片1個40元，發生一次車輪脫轉需要更換4個，共160元。改造前1臺車輪車床每月工具需花費5000元，改造后可避免車刀和夾爪片非正常損壞，每月減少50%的工具費用支出約2500元，一年共計3萬元。刀桿、絲杠等配件平均每年因故障更換一次，1個刀桿的采購價為15000元，1個絲杠的采購價格為5000元。1臺車輪車床每年可節省工具費用和配件采購費共5萬元。

5 結束語

液壓系統的壓力控制不僅適用于車輪車床，而且在對液壓系統壓力要求較高的同類設備中也可推廣。根據設備在使用中發現的問題，針對性地進行改善，可以提高設備運行可靠性，節約維修費用，降低設備故障的停機時間，提高有效使用率，減少維修工作量。