大型機床液壓系統(tǒng)故障探討與對策

1、大型機床液壓系統(tǒng)故障探討與對策張順廷 馬文忠遼寧省葫蘆島市龍港區(qū)島里 葫蘆島濱海水電大件制造有限責任公司 郵編125004摘要 本文介紹了目前國內(nèi)大型機床CK53160G數(shù)控立車及T6925/1鏜銑床的液壓系統(tǒng)常見故障，分析了故障原因，進行了有益的探索并采取了成功的治理措施。關(guān)鍵詞 大型機床 液壓系統(tǒng) 故障分析 治理措施引言葫蘆島濱海水電大件制造有限責任公司CK53160G型單臂數(shù)控立車（簡稱16m立車）和T6925/1數(shù)顯落地鏜銑床（簡稱250鏜銑床）是公司主干加工設備,屬部管關(guān)鍵設備,兩臺設備均由武漢重型機床廠制造。1990年安裝并投入使用，先后為鹽灘、五強溪、蓮花、三峽等水電站的轉(zhuǎn)輪、下

2、機架等大件的加工起到了不可代替的作用，創(chuàng)造了可喜的經(jīng)濟效益。由于這兩臺設備屬于重、大、稀、全類型設備，保證它們良好的運行狀態(tài)，非傳統(tǒng)的機械傳動所能保證，必須有完備的液壓系統(tǒng)，即靜壓技術(shù)、液壓自動控制技術(shù)、潤滑技術(shù)的強有力支持。幾年來,本人與維修工人一起結(jié)合現(xiàn)場運轉(zhuǎn)實踐，對兩臺設備的液壓系統(tǒng)進行了深入細致的研究，對液壓系統(tǒng)頻發(fā)的故障現(xiàn)象進行了有益探討，并對影響機床運行的關(guān)鍵部位液壓故障采取了有效的整治措施,收到了良好的治理效果。現(xiàn)介紹如下：一16m數(shù)控立車1立柱移動導軌靜壓系統(tǒng)故障整治故障現(xiàn)象：調(diào)整加工工件直徑或卸活需要移動立柱時，啟動立柱移動油泵站后，油泵發(fā)出刺耳的尖叫噪聲，油管劇烈顫震，立柱

3、移不動，持續(xù)時間長時（3min以上）往往震裂油管造成油噴。據(jù)統(tǒng)計，近年來每年大約震裂油管不下5次，而且越是在冬季，故障越是嚴重，此種故障長期以來已成為困擾機修工人的一個頭疼問題。故障原因的分析與探討：從靜壓形成的機理及流體力學理論分析，產(chǎn)生油泵尖叫噪聲和油管震裂是由于液壓沖擊和空穴現(xiàn)象造成的，即油泵在啟動的瞬間，進油管內(nèi)吸空，油液跟不上，造成局部真空，進而又使管內(nèi)油液因流速突變產(chǎn)生氣泡（空穴現(xiàn)象），及后來的壓力沖擊，從而產(chǎn)生巨大的噪聲和振動。這種壓力峰值有時會大到足以使液壓組件破壞的地步，故會使油管崩裂。而在冬季，由于溫度降低，油夜流動更差，更會加劇如上吸空及壓力突變，從而更加深了故障發(fā)生的頻

4、度。現(xiàn)場實物觀察發(fā)現(xiàn)原設計油泵的擺放位置因?qū)嶋H空間零件限制存在如下問題：（1）油泵與油池相對位置高度差過大，油池在床身導軌下外側(cè)，油泵則安裝立柱內(nèi)滑座板上，高度差超過1m，易造成停用時對進油管內(nèi)液壓油全部泄回油池。（2）吸油管受立柱內(nèi)滑座板、隔筋板等限制，從泵端至油池轉(zhuǎn)過三個90°角，從而增加了壓力損失及加長了油管長度。（3）進油管太細（10）增加了吸油阻力。采用的整改措施：根據(jù)以上分析結(jié)合現(xiàn)場實際情況采用如下措施，在油泵的吸油口與初級濾油器之間增設一單向閥，解決因泵與油池相對高度差過大，停用期間泄油問題，清除液壓沖擊及空穴現(xiàn)象。如圖1-1所示：這里單向閥的選擇要考慮兩個因素：一是流

5、量參數(shù)，要與油泵相匹配；二是開啟壓力，理論上越小越好，以便減小壓力損失?；谝陨蟽牲c，我們選擇了I100單向閥。其基本上參數(shù)為：流量10L/min，開啟壓力0.01MPa。更換吸油管，改善管路布局。將原10銅管改換成24鍍鋅管，擴大了流通口徑，同時改變原布管的三次轉(zhuǎn)角。片面追求工藝安裝效果而造成的沿程壓力損失過大及管線冗長的弊病，結(jié)合現(xiàn)場實際，通過開鉆過管孔，追求最短路徑，盡量避免轉(zhuǎn)角，實在避免不了也要忌用硬彎，采用小曲率緩彎。根據(jù)上述原則思路，我們實施了技術(shù)改造。經(jīng)設計、制作、安裝到調(diào)試，達到了預期效果，從而解決了立柱移動油泵刺耳尖叫噪聲及油管顫振以致崩裂的問題。2橫梁接油盤嚴重漏油，回油堵

6、塞的整治故障現(xiàn)象：機床停止運轉(zhuǎn)后，橫梁接油盤因回油溢滿而泄漏；回油孔常因油垢等雜物淤堵，以上現(xiàn)象在冬季尤為嚴重。故障原因分析：產(chǎn)生泄漏的原因主要有三點：（1）、接油盤盛油容積過?。唬?）、回油管過細，且位置不佳；（3）、回油泵與機床總電源同步設計上考慮欠周。如圖1-2所示：接油盤是整個橫梁系統(tǒng)回油的集散地，這里除潤滑回油外，滑座靜壓及“卸荷梁”靜壓，刀桿靜壓等均匯集在這里經(jīng)回油管由泵抽回油箱。每分鐘回油大約6L，接油盤長11m，高度只有60cm，容積顯然不足?；赜凸芎冈诮佑捅P下面，直徑15，入油口又無下凹度，造成流速緩慢，因接油盤裸露于空氣中，車間工作環(huán)境惡劣，灰塵彌漫，油垢雜物等又及易堵塞入

7、油口，造成堵塞?；赜捅秒娫磁c機床電源同步控制，造成機床電源關(guān)閉后，回油泵也斷電，此時大量的回油仍舊源源不斷的匯集到接油盤，因此造成溢滿泄露。采取措施：根據(jù)以上分析，采取如下兩點改進措施。如圖1-3所示：（1）在原接油盤右端下面增設儲油箱。儲油箱體積為2500×1000×800(mm),回油管25并焊在離箱底高50mm側(cè)面上。新增油箱有如下好處：a.解決了原接油盤容量不足，即使停車20min也不至于溢滿泄漏；b.回油管焊在離箱底高50mm側(cè)面上,得以使油垢沉積于箱底面不至于淤堵回油管,從而也改善了回油泵的吸油質(zhì)量。(2)增設浮球液面控制器,實現(xiàn)回油自動控制。 原設計回油控制與

8、機床同步，沒有考慮到回油系統(tǒng)的滯后性，而且機床工作期間不管回油量變化油泵始終運轉(zhuǎn)，也不盡科學。新增油箱后有了油儲存，給油泵自動啟閉創(chuàng)造了條件。經(jīng)分析選擇了UOK-02型浮球液位控制器，把它裝配到儲油箱上，調(diào)節(jié)浮球的位置，即可實現(xiàn)回油自動控制。當?shù)竭_或高于設定油面時，油泵啟動；低于此油面時，油泵自動停止。從而保證了油面絕無溢出可能，又實現(xiàn)了油泵經(jīng)濟運轉(zhuǎn)。 以上兩項措施的實施，較好的解決了16m數(shù)控立車橫梁接油盤嚴重漏油問題，收到了良好效果。二250鏜銑床1床身漏油的治理機床安裝投入使用后，隨著時間的推移，發(fā)現(xiàn)床身周圍基礎上有油滲出，而且近年來呈日益嚴重之勢。開始以為是周邊油槽泄漏，經(jīng)油槽檢修后過

9、一段時間觀察，仍就未根除漏油毛病。后經(jīng)現(xiàn)場查找，圖紙分析，終于發(fā)現(xiàn)了“漏源”在床身地腳螺栓蓋板密封處。如圖2-1所示，此圖是機床橫斷面剖視圖。從圖中看出，中路地腳螺栓上方（即機床床身縱向）為回油油道，靠密封蓋擋住油，不讓油滲到地基面上。如今油順著地腳螺栓滲漏到地基面上，問題就出在密封蓋O型橡膠密封圈上。從圖2-2（M放大圖）中分析。圖中所示，此種密封為徑向密封，靠密封蓋與本體間的徑向頂力壓迫O型密封圈，使O型密封圈徑向貼緊形變，而達到密封效果，今仍發(fā)生泄漏，說明O型圈選擇不當或因損壞所致。實際檢修發(fā)現(xiàn)，所有的O型圈沿邊緣都有不同程度的缺損，即被剪掉的缺痕，是什么原因造成此后果呢？請看圖2-3（

10、O型圈剪力圖）由圖中可知，當安裝密封蓋時，必然施加力P，在密封蓋與本體的共同作用下，O型圈上產(chǎn)生了大小相等，方向相反的剪力Qz和-Qz，從機械配合的類型看，密封配合此種選擇為180H10/h10，其最大間隙為0.36mm，而O形密封圈圈體直徑為6， 故剪力的作用就如同剪刀剪切一樣。因此安裝地腳螺栓密封蓋時O型圈受到剪切傷害是不可避免的，由此可見，當初選擇O型密封圈徑向密封方式漏油問題，必須改變密封方式。為此，決定改變原O型圈的徑向密封為軸向密封。見圖2-4（O型圈的軸向密封）。按此方案到現(xiàn)場測繪了壓蓋的實際尺寸，重新選擇了O型密封圈，因?qū)嶋H位置限制，壓蓋的外形及緊固螺栓的位置都作了非常規(guī)的形式

11、，制作工藝比較麻煩。此項工作經(jīng)設計制作、安裝后，實際效果很好，從而解決了幾年來床身嚴重漏油的問題。2立柱行走爬行，晃動的靜壓調(diào)整。 故障現(xiàn)象及檢測：近年來，250鏜銑床在實際運轉(zhuǎn)過程中，經(jīng)常出現(xiàn)立柱行走爬行、晃動，盤銑平面時則加工刀紋不均，加工工件達不到粗糙度要求，此時伴隨著電流指示波動，嚴重時甚至出現(xiàn)卡阻現(xiàn)象。經(jīng)實際檢測，用百分表打出立柱四角浮起量如下：（單位：mm）見圖2-5立柱浮起量最大為0.14mm，最小量為-0.01毫m。最大差值為0.15mm。根據(jù)靜壓理論，靜壓間隙（即浮浮起量）應在0.02-0.03mm之間，差值最大為0.2mm。顯然250鏜銑床立柱四角浮起量不一，且差值過大，因

12、而造成了立柱傾斜，使立柱行走時發(fā)生爬行、晃動以至于卡阻，問題就出在靜壓系統(tǒng)上。 機理分析及調(diào)整： 如圖2-6“立柱靜壓分析系統(tǒng)圖”所示，a.b.c.d.e.f.g.h.i為立柱各靜壓點，出廠時已調(diào)整好。各點對應值如表1：（單位：MPa）abceefghi0.060.081.071.60.20.180.310.490.42 表1 出廠時調(diào)定值將“油分離器”上節(jié)流閥各對應口安裝上壓力表（出廠調(diào)整后封堵，未裝表）。檢查各靜壓點壓力值，發(fā)現(xiàn)各點壓力值與原表規(guī)定有差異。調(diào)節(jié)各節(jié)流閥閥芯，有的反映遲鈍，有的根本調(diào)不到位。分析原因可能因車間環(huán)境惡劣，灰塵彌漫，久而久之造成油污染使節(jié)流孔堵塞，為此采取如下兩條

13、措施：1、拆卸油分配器，疏通各油路（孔），清洗各節(jié)流閥（芯）。2、換油，清洗油池，清洗各濾油器。 實踐證明，采取如上措施十分有效，清洗過程中果然發(fā)現(xiàn)了淤堵油污。 完成清洗后仍按前四角打表法，依據(jù)上表各點規(guī)定值調(diào)定，但調(diào)到各點規(guī)定值時，立柱四角浮起量仍達不到一致的要求，其最小浮起量為0.012mm 或0.01mm。這種結(jié)果表明機床的現(xiàn)狀，內(nèi)在參數(shù)都與出廠時發(fā)生了變化，糾其原因，機床經(jīng)過數(shù)年的使用，原始條件發(fā)生了變化。例如：導軌的磨損，柱內(nèi)配重的偏移等都會對各靜壓點產(chǎn)生微妙的影響。在這種情況下，出廠時標定的各靜壓點靜壓值已經(jīng)失去了意義，必須進行適度修正。我們采用逐步逼近試驗法進行各點的反復調(diào)整。使之立柱四角盡量達到平衡一致，然而關(guān)聯(lián)效應十分嚴重，很難達到理想狀態(tài)。最后，經(jīng)反復調(diào)整，找到了目前所能達到的最佳點，其四角浮起量及值如圖2-7 abceefghi0.060.100.220.401.000.600.400.401.63表2 調(diào)整后立柱各靜壓點值（單位：MPa）這個結(jié)果仍達不到靜壓要求