江智軒，黃典

昌河飛機工業(yè)（集團）有限責任公司 江西景德鎮(zhèn) 333002

1 序言

橡皮囊壓力機設備一般用于鈑金零件的液壓成形，已經(jīng)廣泛運用于汽車、航空行業(yè)[1]。我公司使用的是1臺77000t橡皮囊壓力機，具有左右深壓及淺壓兩個工作臺，最高壓力為1000b a r（1bar=0.1MPa，下同）。自動循環(huán)壓一次零件需要按步驟順序執(zhí)行以下幾個動作：在工作臺面擺放好零件后移動至壓力機筒體內部，液壓系統(tǒng)開始向安裝在筒體內部的橡皮囊內執(zhí)行充油、加壓、保壓、泄壓和抽真空等動作，抽真空達到一定數(shù)值后工作臺移出，一次加壓循環(huán)結束。液壓系統(tǒng)作為液壓機設備的核心組成，其穩(wěn)定性直接關系設備是否正常運行。

2 液壓泵壓力異常故障

2.1 故障現(xiàn)象

橡皮囊壓力機在運行過程中，液壓泵突發(fā)出現(xiàn)壓力異常故障，執(zhí)行任何動作（移動工作臺、充油等）液壓泵輸出壓力均只有不到30bar，如圖1所示，設備無法正常運行。

圖1 主泵異常壓力顯示

2.2 故障原因分析

該設備主液壓泵使用的是軸向變量柱塞泵，控制方式為DRG遙控恒壓模式，通過比例溢流閥V103及調壓閥彈簧力平衡高壓側負載壓力[2]，控制原理如圖2所示。在前期新泵更換調試過程中，按照設備液壓系統(tǒng)的使用要求已將調壓閥的彈簧力調節(jié)至30bar左右，故障中主泵的輸出壓力正好為調壓閥的彈簧力，說明控制系統(tǒng)未起到作用。液壓泵運行無異常聲音，首先可以排除泵體本身損壞的可能，初步判斷可能故障原因有以下幾點。

圖2 液壓泵控制原理

1）V103比例溢流閥異常，溢流閥本身損壞或者控制系統(tǒng)沒有輸出控制電壓，導致未起到比例溢流作用。

2）調壓閥狀態(tài)異常，控制油沒有辦法到達溢流閥。

2.3 故障處理

1）首先排除V103比例溢流閥故障的可能。通過測量伺服閥接頭電壓，當觸摸屏顯示33%時，使用萬用表測量出3V左右的直流電壓，說明控制系統(tǒng)無異常，同時更換溢流閥進行測試，故障現(xiàn)象依舊。

2）更換調壓閥，主泵輸出壓力正常，確定故障原因是由于調壓閥異常引起。對故障調壓閥進行拆解，如圖3、圖4所示。進一步檢查發(fā)現(xiàn)在控制閥芯處有一小孔（通往溢流閥），被結晶蓖麻油堵塞，導致負載側的油液無法流經(jīng)溢流閥，控制無法起作用。將堵塞小孔的結晶蓖麻油取出，重新安裝閥芯，安裝調壓閥測試無異常，此故障解決。

圖3 調壓閥彈簧

3 抽真空故障

3.1 故障現(xiàn)象

該設備在抽真空階段偶發(fā)異常狀態(tài)，主液壓泵輸出壓力正常（150bar左右），但“BP425”抽真空壓力傳感器數(shù)值一直顯示0.3bar，如圖5所示，無法達到-0.6bar的抽真空要求，長時間后設備出現(xiàn)“Long evacuation time抽真空時間超長”報警，設備無法執(zhí)行下一步（工作臺移出）步驟，此時關閉主液壓泵重新起動后，設備又能恢復正常使用。

圖5 抽真空階段故障

3.2 故障原因分析

對橡皮囊抽真空工作原理進行分析：在抽真空階段，主液壓泵輸出油液至伺服換向閥，驅動液壓馬達帶動雙向螺桿泵反轉將橡皮囊內剩余油液抽至油箱。真空泵液壓控制原理如圖6所示，V412伺服閥控制壓力及轉動方向，V411減壓閥控制最大壓力，防止壓力過大造成液壓馬達損壞。在抽真空階段初期，PLC系統(tǒng)模擬量輸出模塊輸出6V的電壓至V412伺服閥進行控制，囊內真空度達到-0.4bar以后，隨真空度的提高輸出電壓逐漸降低至2V，保持囊內-0.8～-0.6bar的真空度。當“BP425”壓力傳感器檢測囊內壓力達到-0.6bar以下時，抽真空階段結束，自動循環(huán)執(zhí)行工作臺移出步驟。

圖6 真空泵液壓控制原理

在進一步觀察抽真空系統(tǒng)異常時設備各部件的動作情況后，發(fā)現(xiàn)真空泵并沒有轉動，所以才導致真空值無法下降，分析可能原因有以下幾點。

1）V412伺服閥偶發(fā)出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象，閥芯在中位無法移動。

2）液壓馬達偶發(fā)出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象，無法轉動。

3）控制系統(tǒng)輸出電壓異常，或控制線路異常。

4）主液壓泵輸出油液未到真空泵液壓馬達，導致真空泵無法轉動。

3.3 故障處理

1）針對V412液壓閥、液壓馬達件自身異常的可能，直接對液壓閥、液壓馬達逐一進行了更換，設備投入運行進行試驗，仍會出現(xiàn)相同情況，排除部件自身的因素。

2）針對控制系統(tǒng)輸出電壓異常的可能，在出現(xiàn)異常狀態(tài)的情況下（真空度為+0.3bar，觸摸屏顯示輸出60%，對應6V輸出）檢查伺服閥電壓。通過查找電氣圖樣，使用萬用表直流電壓檔測量X3線排中33、34端子（見圖7），連接伺服閥輸入端電壓為6V，檢查線路無破損，伺服閥接頭良好無松動，排除控制系統(tǒng)異常輸出的可能。

圖7 V412伺服閥輸入電壓測量

3）針對主液壓泵輸出油液未到真空泵液壓馬達的可能，使用壓力測試表檢查液壓馬達測試點壓力值，顯示為0（見圖8），進一步排查發(fā)現(xiàn)，主泵輸出油液能否到達真空泵液壓馬達由一個插裝閥進行控制。插裝閥如圖9所示，油路控制如圖10所示，插裝閥未得電打開，導致高壓油液無法進入到液壓馬達內進行驅動。

圖8 液壓馬達壓力數(shù)值測試

圖9 電控插裝閥

圖10 油路控制示意

查找電氣圖樣發(fā)現(xiàn)，該插裝閥信號由PLC數(shù)字量模塊通過中間繼電器輸出24V控制。查看PLC信號狀態(tài)，Q3.3（控制插裝閥）顯示正常輸出，但在中間繼電器后端沒有檢測到電壓，故確定中間繼電器損壞（見圖11），更換后試運行（見圖12），設備無異常狀態(tài)出現(xiàn)。更換后的中間繼電器輸出模塊是西門子推出的一種基于PLC的全模塊化連接（SIMATIC TOP CONNECT）產(chǎn)品，產(chǎn)品升級后，接線也方便了很多，同時配有LED指示，在任何時刻模塊動作狀態(tài)一目了然。

圖11 原中間繼電器

圖12 更換后的中間繼電器模塊

4 泄壓慢故障

4.1 故障現(xiàn)象

橡皮囊壓力機在保壓結束后進入泄壓階段時，泄壓速率異常緩慢，500bar泄壓至5bar需要200s（見圖13），而正常時間為5s內，因此導致整體工作效率降低了60%左右。

圖13 泄壓異常示意

4.2 故障分析

橡皮囊壓力機泄壓工作原理如圖14所示，由閥V332控制閥V164/165進行泄壓。V332是一個二位四通電控液壓閥，用于控制液動單向閥V164、V165的開啟閉合[3]。V331是一個溢流閥，用于超壓泄油保護。BP330則是一個壓力繼電器，當進油壓力高于調定值70bar時，觸點切換，發(fā)出一個24V的電信號至PLC的輸入端（見圖15），用于其他邏輯控制或安全保護。

圖14 泄壓工作原理

圖15 BP330信號輸入至PLC

首先設備能夠進行泄壓動作，其次在現(xiàn)場觀察，設備在泄壓階段V332失電，控制信號正常，排除電信號控制異常的可能，其他導致泄壓速率異?？赡艿脑蛑饕缦隆?/p>

1）V332電控液壓閥自身異常，或V331溢流閥自身異常，導致輸出至液控單向閥V164/V165的壓力不足。

2）V164/V165液控單向閥異常。

4.3 故障處理

1）針對V332及V331液壓閥異常的可能，在其出油壓力測試點+U.MP334連接壓力測試儀表進行測試，出油壓力為105bar左右無異常，排除控制閥組異常的可能。

2）針對超高壓液控單向閥V164/V165（見圖16），對其進行拆解發(fā)現(xiàn)其內部存在大量的異物（見圖17），如斷裂的螺釘、破損的橡膠皮等，均是以往在維修拆解筒內橡皮囊部件時發(fā)現(xiàn)卻未找到的異物，影響了單向閥的正常動作。清理后重新安裝此單向閥，設備恢復正常泄壓。

圖16 超高壓液控單向閥

圖17 拆解發(fā)現(xiàn)的異物

5 結束語

對于液壓系統(tǒng)的故障排查來說，通常要結合電氣信號排查、系統(tǒng)壓力點測試同步進行，邏輯性非常強，對維修人員的技能水平要求較高，要求能熟練看懂設備圖樣，了解液壓部件的動作特性。同時也能發(fā)現(xiàn)液壓系統(tǒng)內存在的異物是導致液壓系統(tǒng)故障出現(xiàn)的高發(fā)原因，油液的潔凈度對液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定運行是至關重要的。較為復雜的大型液壓設備可以考慮加裝油液質量在線檢測系統(tǒng)，利用一些先進精密的傳感器實時監(jiān)控油液黏度、水分和顆粒度等指標，以便及時發(fā)現(xiàn)油液劣化趨勢，及時處理，保證液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，減少設備故障率。