臥式輪軸壓裝機(jī)液壓及控制系統(tǒng)改造

劉 捷 蔣士博 方 婷

(四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 德陽(yáng) 618000)

臥式輪軸壓裝機(jī)，廣泛應(yīng)用于軸孔類零部件過(guò)盈配合的壓裝和拆卸工作，鐵路機(jī)車、冶金設(shè)備、電機(jī)制造等行業(yè)的裝配和維修作業(yè)中較多采用。

該設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為:前梁、活動(dòng)橫梁、后梁均采用焊接結(jié)構(gòu)，前梁、活動(dòng)梁和兩個(gè)支柱組成一個(gè)封閉力系，剛性好。機(jī)身采用鑄鋼件，確保設(shè)備不變形。液壓系統(tǒng)壓力可調(diào)，行程可調(diào)。

某鋼鐵公司機(jī)修分廠有一臺(tái)上世紀(jì)70 年代老式臥式輪軸壓裝機(jī)，公稱壓力為2 500 kN，最大工作壓力32 MPa，在冶金設(shè)備修理中拆卸和壓裝零部件。雖經(jīng)30 多年的使用，因工作量小，其機(jī)架橫梁等機(jī)械部分保持得相當(dāng)完好，但其電氣部分已嚴(yán)重老化。2008 年以后，該廠與電修分廠合并，大量從事冶金用電機(jī)的生產(chǎn)裝配工作。該機(jī)的液壓系統(tǒng)因設(shè)計(jì)缺陷，已不能滿足要求，急需對(duì)該機(jī)液壓系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。

1 原液壓系統(tǒng)工作原理及問(wèn)題［1-2］

(1)工作原理

原液壓系統(tǒng)工作原理如圖1 所示。全手動(dòng)操作。

按下油泵啟動(dòng)按鈕，油泵電動(dòng)機(jī)得電，柱塞泵和葉片泵同時(shí)啟動(dòng)。當(dāng)所需壓裝部件裝到位后，按下壓裝按鈕，電磁換向閥1YA 和4YA 得電，柱塞缸進(jìn)油，柱塞推動(dòng)壓裝封頭向右運(yùn)行，將所需裝配的零件緩慢壓入或?qū)⑺璨鹦兜牧慵徛龎撼?。壓裝完成后，按下回位按鈕，電磁線圈1YA 和4YA 失電，2YA 和3YA 得電，上下兩個(gè)活塞缸右腔進(jìn)油，活塞桿將壓裝封頭收回，到位后，按下停止按鈕，壓裝機(jī)停機(jī)。

(2)主要問(wèn)題

①油泵無(wú)卸荷。按下油泵啟動(dòng)按鈕后，無(wú)論壓裝機(jī)是否工作，油泵電動(dòng)機(jī)都處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)、油泵、液壓元件等使用壽命縮短;油溫溫升過(guò)大，加大了系統(tǒng)泄漏;功率損失過(guò)大，導(dǎo)致不必要的能源浪費(fèi)。

②執(zhí)行元件無(wú)快進(jìn)。當(dāng)被壓裝的部件空行程較小時(shí)，執(zhí)行元件無(wú)快進(jìn)是可以的。但當(dāng)部件是扁平件而較薄時(shí)，空行程較大，空行程所需時(shí)間較長(zhǎng)，有效工作時(shí)間較短，生產(chǎn)效率大幅下降。同時(shí)，因柱塞泵流量較小(10 mL/r)，柱塞缸運(yùn)行的速度本身就較慢，使這一問(wèn)題被放大。

③液壓沖擊較大。當(dāng)壓裝機(jī)壓裝完成需回程時(shí)，按下回位按鈕。此時(shí)，液壓系統(tǒng)還保持原高壓狀態(tài)，當(dāng)電磁線圈1YA 和4YA 失電，2YA 和3YA 得電時(shí)，高壓油液瞬時(shí)卸載，對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生較大的液壓沖擊。原液壓系統(tǒng)沒有設(shè)計(jì)減震緩沖裝置，系統(tǒng)的震動(dòng)較大，對(duì)系統(tǒng)和元件產(chǎn)生較大的破壞作用，同時(shí)也增大了系統(tǒng)泄漏。

④系統(tǒng)保壓設(shè)計(jì)有欠缺。壓裝機(jī)在壓裝部件時(shí)，需有一個(gè)保壓過(guò)程。原液壓系統(tǒng)采用換向閥的O 型中位機(jī)能來(lái)實(shí)現(xiàn)。壓裝機(jī)工作壓力較高(最大工作壓力可達(dá)32 MPa)，在保壓時(shí)，這一高壓始終作用在換向閥閥芯上，閥芯與閥體內(nèi)孔有間隙，油液的泄漏較嚴(yán)重，大大降低了換向閥的保壓能力。

⑤液壓油易污染。原油箱沒封閉，處于開放狀態(tài)，空氣中的雜質(zhì)和車間粉塵易進(jìn)入油箱，污染油液。同時(shí)系統(tǒng)又沒有過(guò)濾器，更容易使被污染的油液進(jìn)入液壓系統(tǒng)，加速了元件的磨損，使系統(tǒng)內(nèi)泄漏更嚴(yán)重。

⑥操作不規(guī)范。因壓裝機(jī)使用時(shí)間較少，保養(yǎng)和操作都很不規(guī)范。如溢流閥的壓力調(diào)節(jié)旋鈕被工人隨意盲目調(diào)節(jié)，經(jīng)常導(dǎo)致壓裝機(jī)不能正常工作。

2 液壓系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)［3-5］

根據(jù)用戶的要求，以及針對(duì)原液壓系統(tǒng)的缺陷，同時(shí)結(jié)合壓裝機(jī)的實(shí)際結(jié)構(gòu)，對(duì)液壓系統(tǒng)作了如圖2 的改造設(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)說(shuō)明:

(1)實(shí)現(xiàn)了快進(jìn)工進(jìn)。壓裝封頭的快進(jìn)快退由兩個(gè)輔助活塞缸實(shí)現(xiàn)。當(dāng)壓裝封頭由初始位開始運(yùn)行時(shí)，有一段空行程，需快進(jìn)。此時(shí)兩活塞缸左腔進(jìn)油，推動(dòng)壓裝封頭和柱塞右行。柱塞缸內(nèi)腔形成真空度，產(chǎn)生負(fù)壓，液控單向閥打開，油箱內(nèi)的油液吸入柱塞腔，使柱塞腔內(nèi)充滿油液。當(dāng)壓裝封頭碰到快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)行程開關(guān)時(shí)，柱塞缸左腔進(jìn)油，因柱塞缸空腔較大，實(shí)現(xiàn)柱塞工作進(jìn)給。

(2)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的可靠保壓。當(dāng)系統(tǒng)需保壓時(shí)，換向閥處于中位，由兩個(gè)單向閥將柱塞缸內(nèi)的油液封閉，油液將閥芯緊緊壓在閥孔錐面上，實(shí)現(xiàn)了較好的密封保壓功能。

(3)減小了液壓沖擊。柱塞缸快退的瞬間，為了減小系統(tǒng)的沖擊壓力，在活塞缸的回油路上安裝有一個(gè)節(jié)流閥，通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開口度，使活塞缸回油路產(chǎn)生適當(dāng)?shù)谋硥?，使柱塞不致后退得過(guò)快，可減小液壓沖擊和爬行?？焱怂矔r(shí)柱塞腔內(nèi)的油壓較高，液控單向閥的開啟壓力相應(yīng)也較高，導(dǎo)致液控單向閥只能較緩慢地開啟，能較大幅度地減小系統(tǒng)的液壓沖擊。另外，當(dāng)保壓結(jié)束時(shí)，由定時(shí)器控制使液控單向閥提前打開，柱塞腔先放油預(yù)卸荷，兩秒種后活塞缸才進(jìn)油，保證壓裝機(jī)平穩(wěn)后退，減小液壓沖擊。

(4)系統(tǒng)具有卸荷功能。液壓系統(tǒng)在啟動(dòng)狀態(tài)，或者在保壓狀態(tài)，先導(dǎo)式溢流閥的遠(yuǎn)程控制油口通過(guò)二位二通電磁換向閥接回油箱，此時(shí)溢流閥處于卸荷狀態(tài)，油泵電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)，達(dá)到了保護(hù)液壓元件和節(jié)能降耗的目的。

(5)油液能較長(zhǎng)時(shí)間保持潔凈。液壓站實(shí)行了封閉式設(shè)計(jì)，同時(shí)在液壓泵的進(jìn)油口安裝有過(guò)濾器，保持油液能較長(zhǎng)時(shí)間保持清潔干凈。

表1 壓裝機(jī)自動(dòng)控制工作循環(huán)及對(duì)應(yīng)的PLC I/O元件表

3 電氣控制系統(tǒng)PLC 改造設(shè)計(jì)［6-7］

原壓裝機(jī)工作對(duì)象基本都是單臺(tái)套的冶金設(shè)備部件的壓裝，控制系統(tǒng)是手動(dòng)操作模式。

而現(xiàn)在面臨的工作對(duì)象是批量生產(chǎn)的電動(dòng)機(jī)零部件的壓裝，為提高工作效率，大多數(shù)時(shí)間應(yīng)是自動(dòng)控制模式。

根據(jù)壓裝機(jī)實(shí)際工作情況，PLC 選用三菱公司的FX1s-30MR。系統(tǒng)工作循環(huán)及與PLC 對(duì)應(yīng)的輸入輸出元件如表1 所示。手動(dòng)時(shí)只有啟動(dòng)、前進(jìn)、后退、停止4 種狀態(tài)。前進(jìn)按鈕是SB2，元件動(dòng)作情況對(duì)應(yīng)自動(dòng)控制的工進(jìn)步，后退按鈕是SB3(X4)，元件動(dòng)作情況與自動(dòng)控制后退相同。手動(dòng)自動(dòng)控制由轉(zhuǎn)換開關(guān)SQ4 -1(X11)、SQ4 -2(X10)實(shí)現(xiàn)。

液壓系統(tǒng)PLC 控制梯形圖如圖3 所示。

4 結(jié)語(yǔ)

本次壓裝機(jī)的改造是根據(jù)某廠的實(shí)際生產(chǎn)情況需要，針對(duì)該設(shè)備的缺陷，以及利用新的控制技術(shù)，對(duì)液壓系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)作了適當(dāng)改造。

從使用的效果看，達(dá)到了改造要求，滿足了生產(chǎn)需要。因有手動(dòng)和自動(dòng)兩種模式，既可批量生產(chǎn)，也可單件作業(yè)。調(diào)節(jié)行程開關(guān)的位置，可壓裝不同的產(chǎn)品。調(diào)節(jié)定時(shí)器的時(shí)間，可對(duì)系統(tǒng)保壓和預(yù)卸荷時(shí)間作適當(dāng)調(diào)整。

［1］馮錦春.液壓與氣壓傳動(dòng)［M］.北京:人民郵電出版社，2009.

［2］左健民.液壓與氣壓傳動(dòng)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

［3］趙靜一，張齊生等.臥式輪軸壓裝機(jī)新型液壓系統(tǒng)研制及可靠性分析［J］.燕山大學(xué)學(xué)報(bào)，2004(5).

［4］左英杰，姚新港.壓裝機(jī)液壓系統(tǒng)改進(jìn)［J］.液壓與氣動(dòng)，2012(4).

［5］劉保杰，強(qiáng)寶民.基于工控機(jī)和PLC 的電液比例同步控制液壓試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)［J］.機(jī)床與液壓，2012(18).

［6］蔣建虎，葛運(yùn)旺，布挺，等.大鏈軌節(jié)感淬火生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，2012(5):78 -80.

［7］楊林建.電氣控制與PLC［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2011.