大型機(jī)床液壓系統(tǒng)故障探討與對(duì)策

1、大型機(jī)床液壓系統(tǒng)故障探討與對(duì)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(zé)任公司 郵編125004摘要 本文介紹了目前國(guó)內(nèi)大型機(jī)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(jìn)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(jī)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(zé)任公司CK53160G型單臂數(shù)控立車（簡(jiǎn)稱16m立車）和T6925/1數(shù)顯落地鏜銑床（簡(jiǎn)稱250鏜銑床）是公司主干加工設(shè)備,屬部管關(guān)鍵設(shè)備,兩臺(tái)設(shè)備均由武漢重型機(jī)床廠制造。1990年安裝并投入使用，先后為鹽灘、五強(qiáng)溪、蓮花、三峽等水電站的轉(zhuǎn)輪、下

2、機(jī)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(jì)效益。由于這兩臺(tái)設(shè)備屬于重、大、稀、全類型設(shè)備，保證它們良好的運(yùn)行狀態(tài)，非傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)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(dòng)控制技術(shù)、潤(rùn)滑技術(shù)的強(qiáng)有力支持。幾年來,本人與維修工人一起結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)踐，對(duì)兩臺(tái)設(shè)備的液壓系統(tǒng)進(jìn)行了深入細(xì)致的研究，對(duì)液壓系統(tǒng)頻發(fā)的故障現(xiàn)象進(jìn)行了有益探討，并對(duì)影響機(jī)床運(yùn)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?，F(xiàn)介紹如下：一16m數(shù)控立車1立柱移動(dòng)導(dǎo)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(dòng)立柱時(shí)，啟動(dòng)立柱移動(dòng)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(dòng)，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)時(shí)（3min以上）往往震裂油管造成油噴。據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(yán)重，此種故障長(zhǎng)期以來已成為困擾機(jī)修工人的一個(gè)頭疼問題。故障原因的分析與探討：從靜壓形成的機(jī)理及流體力學(xué)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(dòng)的瞬間，進(jìn)油管內(nèi)吸空，油液跟不上，造成局部真空，進(jìn)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(dòng)。這種壓力峰值有時(shí)會(huì)大到足以使液壓組件破壞的地步，故會(huì)使油管崩裂。而在冬季，由于溫度降低，油夜流動(dòng)更差，更會(huì)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(chǎng)實(shí)物觀察發(fā)現(xiàn)原設(shè)計(jì)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(duì)位置高度差過大，油池在床身導(dǎo)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(shí)對(duì)進(jìn)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(gè)90°角，從而增加了壓力損失及加長(zhǎng)了油管長(zhǎng)度。（3）進(jìn)油管太細(xì)（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(chǎng)實(shí)際情況采用如下措施，在油泵的吸油口與初級(jí)濾油器之間增設(shè)一單向閥，解決因泵與油池相對(duì)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(gè)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(diǎn)，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(kuò)大了流通口徑，同時(shí)改變?cè)脊艿娜无D(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(zhǎng)的弊病，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，通過開鉆過管孔，追求最短路徑，盡量避免轉(zhuǎn)角，實(shí)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(shí)施了技術(shù)改造。經(jīng)設(shè)計(jì)、制作、安裝到調(diào)試，達(dá)到了預(yù)期效果，從而解決了立柱移動(dòng)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(yán)重漏油，回油堵

6、塞的整治故障現(xiàn)象：機(jī)床停止運(yùn)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(yán)重。故障原因分析：產(chǎn)生泄漏的原因主要有三點(diǎn)：（1）、接油盤盛油容積過?。唬?）、回油管過細(xì)，且位置不佳；（3）、回油泵與機(jī)床總電源同步設(shè)計(jì)上考慮欠周。如圖1-2所示：接油盤是整個(gè)橫梁系統(tǒng)回油的集散地，這里除潤(rùn)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(zhǎng)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。回油泵電源與機(jī)床電源同步控制，造成機(jī)床電源關(guān)閉后，回油泵也斷電，此時(shí)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(diǎn)改進(jìn)措施。如圖1-3所示：（1）在原接油盤右端下面增設(shè)儲(chǔ)油箱。儲(chǔ)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(shè)浮球液面控制器,實(shí)現(xiàn)回油自動(dòng)控制。 原設(shè)計(jì)回油控制與

8、機(jī)床同步，沒有考慮到回油系統(tǒng)的滯后性，而且機(jī)床工作期間不管回油量變化油泵始終運(yùn)轉(zhuǎn)，也不盡科學(xué)。新增油箱后有了油儲(chǔ)存，給油泵自動(dòng)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(chǔ)油箱上，調(diào)節(jié)浮球的位置，即可實(shí)現(xiàn)回油自動(dòng)控制。當(dāng)?shù)竭_(dá)或高于設(shè)定油面時(shí)，油泵啟動(dòng)；低于此油面時(shí)，油泵自動(dòng)停止。從而保證了油面絕無溢出可能，又實(shí)現(xiàn)了油泵經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)。 以上兩項(xiàng)措施的實(shí)施，較好的解決了16m數(shù)控立車橫梁接油盤嚴(yán)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(jī)床安裝投入使用后，隨著時(shí)間的推移，發(fā)現(xiàn)床身周圍基礎(chǔ)上有油滲出，而且近年來呈日益嚴(yán)重之勢(shì)。開始以為是周邊油槽泄漏，經(jīng)油槽檢修后過

9、一段時(shí)間觀察，仍就未根除漏油毛病。后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)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(jī)床橫斷面剖視圖。從圖中看出，中路地腳螺栓上方（即機(jī)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(dá)到密封效果，今仍發(fā)生泄漏，說明O型圈選擇不當(dāng)或因損壞所致。實(shí)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(qǐng)看圖2-3（

10、O型圈剪力圖）由圖中可知，當(dāng)安裝密封蓋時(shí)，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(jī)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(shí)O型圈受到剪切傷害是不可避免的，由此可見，當(dāng)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?cè)璒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(chǎng)測(cè)繪了壓蓋的實(shí)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(xiàng)工作經(jīng)設(shè)計(jì)制作、安裝后，實(shí)際效果很好，從而解決了幾年來床身嚴(yán)重漏油的問題。2立柱行走爬行，晃動(dòng)的靜壓調(diào)整。 故障現(xiàn)象及檢測(cè)：近年來，250鏜銑床在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，經(jīng)常出現(xiàn)立柱行走爬行、晃動(dòng)，盤銑平面時(shí)則加工刀紋不均，加工工件達(dá)不到粗糙度要求，此時(shí)伴隨著電流指示波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)卡阻現(xiàn)象。經(jīng)實(shí)際檢測(cè)，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(yīng)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(shí)發(fā)生爬行、晃動(dòng)以至于卡阻，問題就出在靜壓系統(tǒng)上。 機(jī)理分析及調(diào)整： 如圖2-6“立柱靜壓分析系統(tǒng)圖”abceefghi0.060.081.071.60.20.180.310.490.42 表1 出廠時(shí)調(diào)定值將“油分離器”上節(jié)流閥各對(duì)應(yīng)口安裝上壓力表（出廠調(diào)整后封堵，未裝表）。檢查各靜壓點(diǎn)壓力值，發(fā)現(xiàn)各點(diǎn)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(shí)踐證明

13、，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(diǎn)規(guī)定值調(diào)定，但調(diào)到各點(diǎn)規(guī)定值時(shí)，立柱四角浮起量仍達(dá)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(jī)床的現(xiàn)狀，內(nèi)在參數(shù)都與出廠時(shí)發(fā)生了變化，糾其原因，機(jī)床經(jīng)過數(shù)年的使用，原始條件發(fā)生了變化。例如：導(dǎo)軌的磨損，柱內(nèi)配重的偏移等都會(huì)對(duì)各靜壓點(diǎn)產(chǎn)生微妙的影響。在這種情況下，出廠時(shí)標(biāo)定的各靜壓點(diǎn)靜壓值已經(jīng)失去了意義，必須進(jìn)行適度修正。我們采用逐步逼近試驗(yàn)法進(jìn)行各點(diǎn)的反復(fù)調(diào)整。使之立柱四角盡量達(dá)到平衡一致，然而關(guān)聯(lián)效應(yīng)十分嚴(yán)重，很難達(dá)到理想狀態(tài)。最后，經(jīng)反復(fù)調(diào)整，找到了目前所能達(dá)到的最佳點(diǎn)，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(diǎn)值（單位：MPa）這