辛昌杰，耿培濤，楊 西

（寶武集團(tuán)馬鋼軌交材料科技有限公司，安徽馬鞍山 243000）

引言

某公司一條全自動(dòng)車輪壓軋生產(chǎn)線投產(chǎn)于2003 年，90 MN 油壓機(jī)是該生產(chǎn)線上三大機(jī)組之一，主要是將加熱后的鋼錠在模具內(nèi)進(jìn)行鍛壓，來完成產(chǎn)品毛坯的預(yù)成型與成型兩道工序，為實(shí)現(xiàn)在一個(gè)機(jī)組上兩道工序之間的傳遞，機(jī)組上設(shè)計(jì)安裝有移動(dòng)工作臺(tái)，在移動(dòng)臺(tái)上安裝有預(yù)成型下模與成型下模，兩道工序共用的上模安裝在活動(dòng)橫梁上，通過上模與不同下模的配合來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的預(yù)成型與成型[1]。

1 90 MN 油壓機(jī)移動(dòng)臺(tái)驅(qū)動(dòng)部件結(jié)構(gòu)及泵站原理

如圖1 所示，移動(dòng)臺(tái)驅(qū)動(dòng)液壓缸通過連接塊與移動(dòng)臺(tái)連接，在導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的約束下，驅(qū)動(dòng)移動(dòng)臺(tái)在機(jī)組的固定臺(tái)上進(jìn)行往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，液壓缸安裝在支架上[2]。生產(chǎn)工藝要求液壓缸的最大移動(dòng)速度為800 mm/s。移動(dòng)臺(tái)前進(jìn)和后退分別包括5 個(gè)階段，分別是：?jiǎn)?dòng)階段、快速工進(jìn)、減速階段、慢速工進(jìn)和制動(dòng)階段。每個(gè)階段的工作以及每個(gè)階段之間的切換都是通過液壓系統(tǒng)中的液壓閥來實(shí)現(xiàn)[3]。

圖1 移動(dòng)臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置

為保證毛坯產(chǎn)品的中心誤差，必須對(duì)移動(dòng)臺(tái)位置進(jìn)行精確控制，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)臺(tái)位置的閉環(huán)控制，在液壓缸內(nèi)安裝了位移傳感器。液壓系統(tǒng)的動(dòng)力源由兩臺(tái)軸向柱塞變量泵A4VSO355DR 和A4VSO71DR 提供，每臺(tái)泵對(duì)應(yīng)一套加載閥組。泵A4VSO355DR 提供液壓系統(tǒng)正常工作的16 MPa 高壓油，泵A4VSO71DR 提供31.5 MPa 高壓油，該高壓油用來對(duì)液壓缸有桿腔進(jìn)行鎖緊，防止驅(qū)動(dòng)部件的微動(dòng)導(dǎo)致產(chǎn)品中心不穩(wěn)。

2 90 MN 油壓機(jī)移動(dòng)臺(tái)液壓原理分析及移動(dòng)臺(tái)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)

90 MN 移動(dòng)臺(tái)液壓原理如圖2 所示，為實(shí)現(xiàn)移動(dòng)臺(tái)部件運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性、啟停階段無沖擊及快慢速自由切換，在主油路（P1、T 回路）中采用比例閥進(jìn)行控制；為保證比例閥先導(dǎo)控制油壓力不受主油路系統(tǒng)影響，同時(shí)控制油回油通暢，系統(tǒng)中控制油采用外供外排方式[4]。

圖2 移動(dòng)臺(tái)液壓原理圖

驅(qū)動(dòng)液壓缸采用的是活塞式液壓缸，其缸徑為250 mm，桿徑為180 mm。由于活塞與活塞桿的面積差，同樣16 MPa的系統(tǒng)壓力在液壓缸的有桿腔產(chǎn)生的作用力將大大小于在液壓缸無桿腔產(chǎn)生的作用力，無法保證在液壓缸活塞收縮到位時(shí)工作臺(tái)的穩(wěn)定性，所以在液壓回路中單獨(dú)設(shè)計(jì)了一條高壓回路（P2、T），當(dāng)液壓缸的活塞收縮到位時(shí)（該位置由液壓缸內(nèi)的位移傳感器設(shè)定），高壓油回路工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作臺(tái)的鎖緊。

2.1 90 MN油壓機(jī)移動(dòng)臺(tái)液壓原理分析

為實(shí)現(xiàn)移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度任意調(diào)節(jié)，以及移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向的轉(zhuǎn)換，液壓回路中設(shè)計(jì)了比例換向閥PWV141。其先導(dǎo)閥是一個(gè)由比例電磁鐵控制的三通減壓閥，通過將一個(gè)輸入信號(hào)轉(zhuǎn)化為一個(gè)與其成比例的壓力輸出信號(hào)，來實(shí)現(xiàn)對(duì)主閥PWV141 控制油壓力大小的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)控制主閥PWV141 閥芯的換向或閥口大小，最終控制移動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)方向與運(yùn)動(dòng)速度。

為更一步保護(hù)主閥PWV141 閥芯動(dòng)作的正確性，在其先導(dǎo)控制油路中設(shè)計(jì)安裝了一個(gè)兩位四通換向閥WV141，只有該閥得電時(shí)，控制油才能實(shí)現(xiàn)對(duì)主閥的控制。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)以800 mm/s 的速度移動(dòng)，即液壓缸有桿腔進(jìn)油，無桿腔回油時(shí)，通過計(jì)算可知液壓缸無桿腔的回油量達(dá)到了2 355 L/min，此時(shí)最大流量為1 600 L/min、通徑32 mm 的比例換向閥PWV141 已經(jīng)無法滿足要求，所以在液壓回路中增加了一個(gè)最大流量為950 L/min、通徑32 mm 的比例換向閥PLV141，來共同將液壓缸無桿腔的液壓油排回油箱。

為使液壓缸前進(jìn)和后退的速度基本一致，液壓回路中采用了差動(dòng)液壓回路，電磁溢流閥DBW141.1 和DBW141.2 被設(shè)計(jì)在主閥PWV141 的T口后，這兩個(gè)電磁溢流閥與單向閥R143結(jié)合可實(shí)現(xiàn)液壓缸向前運(yùn)動(dòng)的差動(dòng)回路，而采用兩個(gè)相同的溢流閥并聯(lián)在液壓回路中，則是因?yàn)橥◤?2 mm 的電磁溢流閥，它的最大流量只有650 L/min，兩個(gè)閥共同開啟才能滿足流量要求。

為實(shí)現(xiàn)移動(dòng)臺(tái)在有桿腔進(jìn)油時(shí)，能夠產(chǎn)生與無桿腔進(jìn)油時(shí)同樣大小的作用力，在液壓回路中單獨(dú)設(shè)計(jì)了一個(gè)高壓鎖緊回路。電磁溢流閥DBW142在液壓系統(tǒng)中是將31.5 MPa 高壓油輸送到液壓系統(tǒng)中，當(dāng)液壓缸活塞收縮到位后，閥DBW142 得電，31.5 MPa 高壓油進(jìn)入液壓缸有桿腔內(nèi)，將液壓缸活塞鎖緊，從而防止移動(dòng)臺(tái)的輕微竄動(dòng)。

液壓回路中設(shè)計(jì)了單向閥R144，它直接與回油相通，實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓缸有桿腔補(bǔ)油。為保護(hù)液壓系統(tǒng)，電磁換向閥WV142 被設(shè)計(jì)在回路中，它與兩個(gè)單向閥R142.1和R142.2共同作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓缸的保護(hù)。當(dāng)閥WV142得電時(shí)，液壓缸的有桿腔與無桿腔均與T口聯(lián)通，實(shí)現(xiàn)壓力的釋放。

為進(jìn)一步保護(hù)液壓系統(tǒng)，系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了先導(dǎo)式溢流閥DB141，閥的設(shè)定壓力為33 MPa，當(dāng)系統(tǒng)壓力高壓33 MPa時(shí)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高壓油的溢流。

2.2 90 MN油壓機(jī)移動(dòng)臺(tái)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)

下面結(jié)合液壓控制系統(tǒng)（圖2）和移動(dòng)臺(tái)工作時(shí)相關(guān)閥的得失電狀態(tài)表（表1）對(duì)移動(dòng)臺(tái)動(dòng)作進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

表1 移動(dòng)臺(tái)工作時(shí)間相關(guān)閥得失電狀態(tài)表

（1）移動(dòng)臺(tái)快慢速前進(jìn)

比例換向閥PWV141 的b 側(cè)比例電磁鐵得電，換向閥WV141得電，16 MPa的控制油流經(jīng)先導(dǎo)閥中的減壓閥后進(jìn)入先導(dǎo)比例閥，再經(jīng)過換向閥WV141進(jìn)入主閥芯的B 腔，控制油推動(dòng)主閥芯克服A 腔彈簧力向A 腔移動(dòng)，同時(shí)A 腔內(nèi)控制油從Y 口排出，使主閥PWV141 的P 口與A 口通，T 口與B 口通，這樣16 MPa 的主回路壓力油進(jìn)入液壓缸的無桿腔，液壓缸有桿腔內(nèi)的液壓油經(jīng)主閥PWV141 后，進(jìn)入電磁溢流閥DBW141.1和DBW141.2的入口，而此時(shí)這兩個(gè)閥均為得電狀態(tài)，同時(shí)比例換向閥PLV141 未得電，壓力油無法回流，只有通過單向閥R143 進(jìn)入液壓缸的無桿腔，實(shí)現(xiàn)液壓缸的差動(dòng)快速向前運(yùn)動(dòng)。

通過降低比例閥PWV141 的b 側(cè)比例電磁鐵的給定電壓來實(shí)現(xiàn)移動(dòng)臺(tái)向前的慢速運(yùn)動(dòng)。

（2）移動(dòng)臺(tái)快慢速后退

比例換向閥PWV141 的a 側(cè)比例電磁鐵得電，換向閥WV141 得電，16 MPa 控制油進(jìn)入換向閥PWV141 主閥芯的B 腔，則主閥PWV141 的P 口與B口通，T口與A口通，這樣16 MPa的主油路壓力油進(jìn)入液壓缸的有桿腔。液壓缸無桿腔內(nèi)的壓力油經(jīng)主閥PWV141 后，通過電磁溢流閥DBW141.1 和DBW141.2 回油箱。同時(shí)比例換向閥PLV141 得電，液壓缸無桿腔內(nèi)的壓力油同時(shí)經(jīng)過比例換向閥PLV141流回油箱，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)臺(tái)的快速后退。此時(shí)單向閥R143彈簧側(cè)壓力高，該閥不開啟。

當(dāng)比例換向閥PLV141 不得電時(shí)，液壓缸無桿腔內(nèi)的壓力油只通過電磁溢流閥DBW141.1 和DBW141.2 回油箱，同時(shí)降低比例閥PWV141 的a 側(cè)比例電磁鐵的給定電壓，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)臺(tái)慢速后退。

（3）有桿腔高壓鎖緊

因有桿腔的有效承壓面積小，為滿足現(xiàn)場(chǎng)工況要求，所以在液壓回路設(shè)計(jì)時(shí)增加了有桿腔的高壓鎖緊。通過控制電磁溢流閥DBW142 的得失電，來實(shí)現(xiàn)31.5 MPa高壓油的通與斷，單向閥R141可以防止31.5 MPa高壓油竄回到16 MPa的主回路系統(tǒng)中。

3 90MN油壓機(jī)移動(dòng)臺(tái)典型故障排查方法

在實(shí)際的工作過程中，多次出現(xiàn)有桿腔無高壓鎖緊現(xiàn)象，當(dāng)檢測(cè)點(diǎn)DS141 檢測(cè)的壓力小于設(shè)定值25 MPa時(shí)，即出現(xiàn)有桿腔無高壓報(bào)警。

通過分析移動(dòng)臺(tái)液壓原理圖可知，液壓缸有桿腔的31.5 MPa 高壓油是由點(diǎn)P2 輸入，由高壓泵A4VSO71DR 提供，所以，首先檢查泵出口壓力是否正常；若正常，則檢查高壓油從P2 點(diǎn)至液壓缸有桿腔的油路上所經(jīng)過的液壓閥。測(cè)量MM-P2 點(diǎn)、MM-P 點(diǎn)及MM-B 三點(diǎn)的壓力，如果泵源壓力正常，則點(diǎn)MM-P2點(diǎn)壓力應(yīng)該為31.5 MPa；當(dāng)測(cè)量MM-P點(diǎn)壓力未達(dá)到31.5 MPa 時(shí)，則檢查或更換電磁溢流閥DBW142。如果MM-P2 點(diǎn)和MM-P 點(diǎn)壓力均為31.5 MPa，而MM-B 點(diǎn)壓力未達(dá)到31.5 MPa，則檢查或更換比例換向閥PWV141的主閥及各先導(dǎo)閥。

如果測(cè)得MM-P2 點(diǎn)、MM-P 點(diǎn)及MM-B 三點(diǎn)的壓力均未達(dá)到31.5 MPa，則說明泵輸出的高壓油出現(xiàn)了卸荷，此時(shí)需檢查換向閥WV142 及單向閥R144，高壓油可能從這兩個(gè)閥泄壓回T 口。單向閥R141 的損壞，也會(huì)導(dǎo)致高壓油與低壓油串聯(lián)，從而降低高壓油的壓力。

若以上正常，則檢查液壓缸是否內(nèi)泄，導(dǎo)致液壓缸有桿腔壓力無法建立。

4 結(jié)束語

此液壓回路采用變量泵和比例換向閥控制形式，通過對(duì)變量泵比例流量控制，適時(shí)調(diào)節(jié)液壓回路中比例換向閥的給定值，使泵的流量輸出隨負(fù)載變化而變化，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗，又降低了液壓系統(tǒng)的沖擊。

通過對(duì)90 MN油壓機(jī)移動(dòng)臺(tái)在實(shí)際的工作過程中，有桿腔無高壓鎖緊故障現(xiàn)象進(jìn)行詳細(xì)分析和排除，快速判斷出故障原因，為移動(dòng)臺(tái)故障排查提供了依據(jù)，有利于提高設(shè)備生產(chǎn)效率。