液壓拉伸墊故障診斷分析
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摘要：沖壓壓力機液壓拉伸墊設(shè)備（簡稱拉伸墊）屬于典型的機電液一體化系統(tǒng)，其伺服液壓系統(tǒng)故障較多，且存在隱蔽性、多樣性、復(fù)雜性、交錯性的特點，難于判斷，導(dǎo)致維護維修工作上的困難。本文對某廠拉伸墊的壓力故障、流量故障、拉伸墊編碼器故障等三個方面進行相應(yīng)的分析，為拉伸墊故障的快速診斷提供一種新的思路和方法。
關(guān)鍵詞：液壓拉伸墊；壓力故障；流量故障
拉伸墊設(shè)備（以下簡稱拉伸墊）屬于伺服控制的液壓系統(tǒng)，其液壓系統(tǒng)故障分為壓力、流量和方向控制三類。由于拉伸墊在生產(chǎn)過程中屬于被動建立工作壓力，所涉及的方向類故障較少，因此本文重點介紹拉伸墊經(jīng)常出現(xiàn)的壓力和流量技術(shù)參數(shù)變化所引起的跟隨距離過大、擠壓力不足、系統(tǒng)壓力不足、蓄能器壓力不足等故障及診斷。
1壓力故障
拉伸墊壓力故障分為系統(tǒng)壓力故障、擠壓力故障和蓄能器壓力故障，分析如下。
1.1拉伸墊系統(tǒng)壓力故障
拉伸墊泵站由控制油泵、高壓油泵、低壓油泵、循環(huán)冷卻泵組成。實際工作中，除開其它原因?qū)е碌谋脝訔l件不滿足的情況外，系統(tǒng)壓力故障主要有兩種情況，液壓泵損壞和泵出口控制閥損壞。液壓泵或電機損壞直接導(dǎo)致系統(tǒng)無壓力，這種故障查找也非常簡單：啟動液壓泵檢查電機和泵的運行狀態(tài)，如果運行正常，泵體和進出油管溫度與油箱溫度接近，說明泵沒有問題；如泵不能啟動，即可排查電機控制電路的熔斷器，如熔斷器正常，即可檢查電機繞組；若出現(xiàn)液壓泵能夠啟動但超負(fù)載的現(xiàn)象，需要拆分電機和泵的連接，分別盤車，排查故障是電機還是泵的原因造成。液壓拉伸墊泵站采用先導(dǎo)式溢流閥、換向閥和單向閥的組合，實現(xiàn)系統(tǒng)供油和泵無壓循環(huán)功能，如圖1所示：拉伸墊動作時系統(tǒng)壓力開關(guān)監(jiān)控到壓力降低至最小工作壓力，就會給出指令到控制溢流閥的換向閥；換向閥得電斷開先導(dǎo)閥回油，溢流閥停止無壓循環(huán)開始往系統(tǒng)供油；當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到最大工作壓力后換向閥失電，系統(tǒng)開啟無壓循環(huán)，單向閥阻止系統(tǒng)油液回流。由于從供油至無壓循環(huán)交替的過程中，單向閥也會跟隨開啟關(guān)閉動作，插裝式單向閥關(guān)閉時如果進出口壓差過大，閥芯關(guān)閉就會沖擊閥體，可能導(dǎo)致閥體碎裂，泵出口油路與回油管直通。若拉伸墊設(shè)備在投入使用初期，可能會多次出現(xiàn)單向閥損壞使得系統(tǒng)壓力不能建立故障，這就需要調(diào)低先導(dǎo)式溢流閥的開啟壓力即可解決這個問題。而溢流閥的壓力調(diào)整可以根據(jù)壓力切換時的狀態(tài)來調(diào)整，可先將壓力調(diào)高至單向閥關(guān)閉時到出現(xiàn)嚴(yán)重撞擊閥體上限，再略微調(diào)低壓力，直到單向閥柔和關(guān)閉為止。溢流閥壓力調(diào)整太低則會導(dǎo)致系統(tǒng)達(dá)不到最高壓力而一直供油，油液一直溢流回油箱的現(xiàn)象[1]。
1.2擠壓力故障
拉伸墊的擠壓力是依靠滑塊壓上拉伸墊而被動產(chǎn)生的壓力，壓力大小的控制由伺服閥來實現(xiàn)。常見的壓力下超故障有缸體活塞密封泄漏、安全閥損壞、伺服閥損壞、預(yù)充油液不足等形式。首先擠壓缸上行是依靠20bar的預(yù)充壓力推動活塞桿跟隨頂冠上行至上死點，由于在該過程中每個缸的壓力和位置都沒有監(jiān)控，即使出現(xiàn)預(yù)充壓力不足、活塞沒有上行至上死點都不會故障報警，如圖2所示。在沖壓力下超故障出現(xiàn)以后，可以在操控面板的幫助界面查看擠壓缸預(yù)充壓力是否正常，排除預(yù)充壓力是否合適以后，再排查伺服閥以及伺服閥控制模塊。在長時間停機或者拉伸墊大修以后出現(xiàn)擠壓力下超故障，應(yīng)優(yōu)先檢查插裝式安全閥。由于插裝式安全閥控制油和系統(tǒng)油都是來自擠壓缸的油，而正常情況下安全閥芯都不動作，閥芯活動間隙被油泥填充，在檢修或者啟動期間，如果安全閥芯被意外開啟，復(fù)位彈簧將不能使閥芯復(fù)位。閥芯沒有復(fù)位，擠壓缸下腔的就不能建立起需要的壓力，導(dǎo)致故障產(chǎn)生。
1.3拉伸墊蓄能器故障
拉伸墊蓄能器有皮囊蓄能器和活塞蓄能器兩種，皮囊蓄能器又有低壓油蓄能器、高壓油蓄能器和控制油蓄能器。皮囊蓄能器出現(xiàn)損壞沒有報警，在相關(guān)回路出現(xiàn)的故障現(xiàn)象與流量不足時，應(yīng)該檢查蓄能器是否正常，在判斷蓄能器時需要確認(rèn)氮氣壓力表是否損壞，特別是低壓油蓄能器的氮氣壓力表，注意出現(xiàn)顯示氮氣壓力正常，實際氮氣壓力為零的現(xiàn)象，見圖2。壓力表與蓄能器頂部的軟管接頭在皮囊損壞以后，油液進入接頭，由于接頭通徑較小會導(dǎo)致軟管堵塞，出現(xiàn)這種現(xiàn)象后更換完皮囊，充氮時顯示壓力已正常，實際氮氣沒有充入皮囊。需要在充氣前可以先將蓄能器側(cè)接頭拆卸，待氮氣暢通以后再接入充氣?；钊叫钅芷饔糜谂e升缸預(yù)加速，在此期間如果蓄能器儲油壓力下降達(dá)到系統(tǒng)允許的最低壓力就會報出蓄能器氮氣壓力不足故障?；钊叫钅芷鞑豢杀苊獾拇嬖诨钊芊饫匣瘬p壞，蓄能器內(nèi)部也會出現(xiàn)躥油現(xiàn)象，油液進入氮氣側(cè)后，氮氣側(cè)空間體積逐漸縮小，最后不能滿足需要的儲存流量，故障就會出現(xiàn)，每2年對活塞式蓄能器氮氣室進行一次排油是必要的維護措施。
2拉伸墊流量故障
拉伸墊的流量由計算機發(fā)出指令給伺服閥，通過改變伺服閥開口控制進、排油的流量，實現(xiàn)拉伸墊的速度及擠壓力控制。一般拉伸墊的流量故障都與伺服控制系統(tǒng)和伺服閥有關(guān)[2]。
2.1拉伸墊上行故障
如圖3所示，拉伸墊上行有兩種回路。第一條回路用于脫模行程，由伺服閥YH19進油，回油經(jīng)YH14、YH15安全閥流回油箱，如果兩個安全閥存在故障不能開啟或開啟緩慢會導(dǎo)致回油故障，出現(xiàn)拉伸墊上行不動作或上行時報跟隨距離過大故障提示。安全閥常見故障為換向閥損壞、先導(dǎo)閥板阻尼孔脫落、安全閥間的阻尼孔串動。排查該故障可以在拉伸墊操作界面手動開啟YH19和YH14、YH15，觀察SD4壓力和安全閥閥芯位置監(jiān)控判斷故障原因。圖3中，第二條回路用于拉伸墊快速上行。由YH19啟動上行，YH9、YH10進油，回油經(jīng)插裝閥YH8后由伺服閥YH17控制上行速度。該回路常見故障為伺服閥YH17開口不準(zhǔn)確，出現(xiàn)上行速度偏離設(shè)定軌跡，若超出5mm就報跟隨距離過大警示。需要指出的是，回油插裝閥控制的YH8出現(xiàn)故障沒有開啟，拉伸墊將不能夠上行，插裝閥芯位置監(jiān)控的SE5在YH8接通后沒有得到信號，伺服閥YH17不會有開口，但系統(tǒng)不會報故障。這是一個系統(tǒng)漏洞，因而在故障排查時需要特別注意監(jiān)控SE5狀態(tài)。
2.2拉伸墊下行故障
拉伸墊生產(chǎn)過程中的下行都是從預(yù)加速控制閥進油，從伺服閥YH18回油。同樣需要注意的是，伺服閥前端YH12出現(xiàn)故障不能開啟時，系統(tǒng)不會報出故障，于是回油壓力會增高，達(dá)到舉升缸下腔安全閥開啟壓力后，才從安全閥回油，這是（萬家頓）拉伸墊的另一個漏洞。這種現(xiàn)象出現(xiàn)以后拉伸墊預(yù)加速和壓力建立期間沖壓噪音會很大，舉升缸的排油不暢，增加了模具的擠壓力，制件質(zhì)量也會出現(xiàn)不穩(wěn)定。如果出現(xiàn)上訴現(xiàn)象，可以利用SCOPEVIEW系統(tǒng)監(jiān)控閥開口、拉伸墊位移、各部位壓力等變化情況，判斷故障原因，如圖4所示。即使拉伸墊回路正常，但進油路YH9、YH10關(guān)閉不嚴(yán)也會導(dǎo)致預(yù)加速期間曲線異常，噪音增大。這是因為伺服閥按照理論計算的開口不能滿足回油需求，會不斷的調(diào)整開口，出現(xiàn)拉伸墊下行爬行的現(xiàn)象，拉伸墊運行至下死點以后由于下腔還是處于較高壓力狀態(tài)，滑塊開始上行，拉伸墊會在下腔壓力作用下跟隨滑塊上行一定距離。當(dāng)上行超過5mm就會報拉伸墊跟隨距離過大故障。
3編碼器故障
拉伸墊編碼器有滑塊角度編碼器、滑塊實際位置編碼、拉伸墊實際位置編碼以及拉伸墊調(diào)整編碼器等。拉伸墊實際位置編碼器聯(lián)軸器松動，或者傳動系統(tǒng)間隙過大都會導(dǎo)致編碼器采集到的位置與拉伸墊實際位置發(fā)生偏差，影響控制拉伸墊運行的伺服閥開口量，使伺服閥處在不斷的調(diào)整狀態(tài)，拉伸墊也出現(xiàn)爬行現(xiàn)象[3]。拉伸墊在試教行程過程中，滑塊角度到達(dá)試教設(shè)定角度時，程序讀取當(dāng)前線型編碼器的數(shù)值并記錄下死點位置，通過模具數(shù)據(jù)給出的行程，計算出預(yù)加速開始控制的位置，改變主軸編碼器角度的標(biāo)定位置，從而可以改變預(yù)加速開始的位置，該方法可以優(yōu)化預(yù)加速曲線異常的現(xiàn)象?？偨Y(jié)：拉伸墊故障是多種多樣的，不同的故障有不同的故障現(xiàn)象，需要根據(jù)具體故障現(xiàn)象分析故障類型（是屬于壓力類的故障還是流量類故障），再根據(jù)相關(guān)的應(yīng)用控制回路，按照控制邏輯從易到難排查閥、傳感器、編碼器、液壓缸等元件，采用液壓故障常用的，比如截堵閥、假設(shè)驗證法、互換法等有效解決故障的方法，就一定能排除故障。拉伸墊故障的排除方法還需要不斷的總結(jié)歸納，隨著對不同故障類型分析和排除，經(jīng)驗和方法掌握和積累，各類拉伸墊設(shè)備或系統(tǒng)中一系列的故障和排除問題就會迎刃而解。
參考文獻：
[1]蔡喜.機械壓力機中數(shù)控液壓墊的應(yīng)用與分析[J].一重技術(shù),2011(4):32-34.
[2]李玉琳.液壓元件與系統(tǒng)設(shè)計[M].北京：航空航天大學(xué)出版社,1989.
[3]李碩本.沖壓工藝學(xué)[M].北京:機械工業(yè)出版社,1982.
作者：萬志能 方安勇 單位：一汽大眾汽車有限公司成都分公司
