90MN油壓機(jī)移動(dòng)臺(tái)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改進(jìn)

吳會(huì)超，陳芳，耿培濤，許石

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司輪軸事業(yè)部點(diǎn)檢室，安徽 馬鞍山 243000）

90MN油壓機(jī)移動(dòng)臺(tái)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改進(jìn)

吳會(huì)超，陳芳，耿培濤，許石

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司輪軸事業(yè)部點(diǎn)檢室，安徽 馬鞍山 243000）

介紹了實(shí)現(xiàn)大型油壓機(jī)移動(dòng)臺(tái)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，對(duì)原理進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并對(duì)其中的典型故障進(jìn)行了分析，提出了改進(jìn)方案，有效的解決了存在的問題。

油壓機(jī)；移動(dòng)臺(tái)；液壓系統(tǒng)；改進(jìn)

馬鋼車輪軋制二線于2003年建成投產(chǎn)，90MN成型油壓機(jī)是其三大機(jī)組的之一，用于完成車輪預(yù)成型和成型工序。而將預(yù)成型和成型功能集中在一臺(tái)油壓機(jī)上，主要是通過(guò)移動(dòng)臺(tái)的動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)的，移動(dòng)臺(tái)上有2套模臺(tái)，1臺(tái)負(fù)責(zé)預(yù)成型，1臺(tái)負(fù)責(zé)成型，通過(guò)移動(dòng)臺(tái)的前后動(dòng)作來(lái)切換。

1　90MN油壓機(jī)移動(dòng)臺(tái)液壓原理

移動(dòng)臺(tái)液壓缸的驅(qū)動(dòng)由1臺(tái)力士樂的A4VSO355DR和1臺(tái)力士樂的A4VSO71DR恒壓變量泵控制，每臺(tái)油泵對(duì)應(yīng)一套加載閥組。A4VSO355DR變量泵負(fù)責(zé)提供160bar的系統(tǒng)壓力，A4VSO71DR泵負(fù)責(zé)提供315bar的鎖緊壓力，液壓缸位置通過(guò)內(nèi)置位移傳感器進(jìn)行控制（圖1）。

圖1　90MN油壓機(jī)移動(dòng)臺(tái)液壓原理

當(dāng)移動(dòng)臺(tái)向前動(dòng)作時(shí)，由泵源供給的160 bar壓力油經(jīng)P1進(jìn)入閥塊，通過(guò)單向閥R 141進(jìn)入比例閥PWV141的P口，此時(shí)比例換向閥P WV141的先導(dǎo)閥PVG141b側(cè)比例電磁鐵得電，160 bar的控制油經(jīng)X 1進(jìn)入閥塊，通過(guò)先導(dǎo)比例閥PVG141，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)的控制油從Y口排出，使主閥PWV141的P口與A口通，T口與B通，這樣壓力油經(jīng)A1進(jìn)入液壓缸的無(wú)桿腔，同時(shí)DBW141.1，DBW141.2得電關(guān)閉，比例流量閥PLV141失電關(guān)閉，有桿腔的油液無(wú)法經(jīng)T 1口回入主油箱，只能通過(guò)P WV141再經(jīng)單向閥143回流到無(wú)桿腔，實(shí)現(xiàn)差動(dòng)回路，從而快速前進(jìn)。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)到前進(jìn)減速位時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)比例閥PWV141的先導(dǎo)閥PVG141的輸出電壓，減小PWV141主閥的進(jìn)油閥口，減少流量使移動(dòng)臺(tái)減速到達(dá)準(zhǔn)確工位，這樣將減少液壓沖擊及振動(dòng)給精確定位帶來(lái)的不利影響，此時(shí)2號(hào)模臺(tái)將位于油壓機(jī)的壓制中心。

當(dāng)2號(hào)模臺(tái)完成壓制后，移動(dòng)臺(tái)將向后動(dòng)作，由泵源供給的壓力油經(jīng)P1進(jìn)入閥塊，比 例閥PWV141的先導(dǎo)閥PVG141a側(cè)比例電磁鐵得電，PWV141主閥在控制油X作用下處于A端所示位置，P口與B口相通，T口與A口相通，油液經(jīng)B1進(jìn)入液壓缸有桿腔，同時(shí)D BW141.1，DBW141.2失電打開，比例流量控制閥PLV141邏輯板給定斜坡信號(hào)打開，通過(guò)打開三個(gè)閥，無(wú)桿腔油液一路通過(guò)PLV141，1路通過(guò)PWV141經(jīng)DBW141.1，DBW141.2匯合后從T1流回主油箱，實(shí)現(xiàn)液壓缸的快速向后運(yùn)動(dòng)。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)到后退減速位時(shí)，比例流量控制閥PLV141失電關(guān)閉，無(wú)桿腔回油僅僅由D BW141.1，DBW141.2打開完成，回油由原先打開三閥減少為打開兩閥，從而減小了回油的速度，完成減速動(dòng)作，減小對(duì)硬擋塊的沖擊，直至到達(dá)指定的位置，最終使1號(hào)模臺(tái)處于油壓機(jī)的壓制中心。其中通過(guò)調(diào) 節(jié)PLV141的比例邏輯板，可以調(diào)節(jié)快速后退時(shí)的速度。另外主缸壓制過(guò)程中，主缸將對(duì)移動(dòng)臺(tái)垂直產(chǎn)生90MN左右的力，由于壓制中心不可能與模具中心100%的重合，鋼坯也不一定100%位于模臺(tái)中心，這些綜合因素將導(dǎo)致主缸加壓時(shí)水平方向?qū)σ苿?dòng)臺(tái)有一定的偏載，移動(dòng)臺(tái)如果水平方向沒有足夠的力將偏載分力抵消，將會(huì)導(dǎo)致移動(dòng)臺(tái)無(wú)法鎖緊，使移動(dòng)臺(tái)前后出現(xiàn)位置偏移，壓制過(guò)程中移動(dòng)臺(tái)的輕微移動(dòng)將導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)偏心廢品，因此必須產(chǎn)生足夠的鎖緊力將其準(zhǔn)確定位。

當(dāng)2號(hào)模臺(tái)處于油壓機(jī)中心時(shí)，160 bar液壓油作用在無(wú)桿腔上，將產(chǎn)生0.78MN的鎖緊力；當(dāng)1號(hào)模臺(tái)處于油壓機(jī)中心時(shí)，由于液壓缸有桿腔和無(wú)桿腔面積差，導(dǎo)致有桿腔的鎖緊力為0.378MN，顯然無(wú)法滿足工藝要求，該回路增加了有桿腔鎖緊回路，當(dāng)1號(hào)模臺(tái)處于油壓機(jī)的壓制中心后，DBW142得電打開，由泵源供給的315 bar壓力油經(jīng)P2進(jìn)入液壓缸有桿腔，這樣將產(chǎn)生0.75MN的鎖緊力，滿足要求。同時(shí)通過(guò)R 141單向閥將P1-160bar的壓力油和P2-315 bar的壓力油回路分開。

該回路中總加載閥WV142在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)一直處于得電加載狀態(tài)，當(dāng)WV142失電時(shí)，油缸的有桿腔和無(wú)桿腔均與的回油路相通，油缸兩腔卸壓，油缸制動(dòng)，起到失電卸荷安全保護(hù)作用。

2　典型故障分析

圖2　PWV141主閥結(jié)構(gòu)圖

移動(dòng)臺(tái)多次出現(xiàn)向前動(dòng)作正常，向后動(dòng)作緩慢。由于該閥組運(yùn)用了比例閥控制回路，相關(guān)閥組較多，使故障處理的過(guò)程極為繁瑣，通過(guò)分析向后速度慢的原因兩種，一種進(jìn)油腔壓力低，一種回油腔背壓。首先測(cè)量液壓缸有桿腔和無(wú)桿腔的壓力，均未發(fā)現(xiàn)明顯問題，電氣人員測(cè)量了比例閥的電壓，均正常，機(jī)械人員手動(dòng)搗動(dòng)先導(dǎo)比例閥PVG141的閥芯，動(dòng)作正常，修改PLV141邏輯放大板的電壓值，使其閥芯處于最大位置，泄流量最大，移動(dòng)臺(tái)向后速度沒有明顯改觀。檢查DBW141.1，DBW141.2溢流閥，閥芯靈活，均沒有卡死跡象。

最終問題的焦點(diǎn)還是回到了比例閥，通過(guò)對(duì)比例閥PWV141主閥的拆檢發(fā)現(xiàn)PWV141主閥內(nèi)部很小的導(dǎo)向定位銷斷裂（如圖2所示），填塞在主閥芯的右端，使得PW V141主閥處于圖1的A位時(shí)（液壓缸后退），閥口無(wú)法正常打開，出現(xiàn)節(jié)流現(xiàn)象，導(dǎo)致流量不夠。移動(dòng)臺(tái)向前動(dòng)作時(shí)，PWV141主閥處于圖1的B位時(shí)（液壓缸前進(jìn)），閥口可以正常開啟。

3　改進(jìn)后液壓回路的工作原理

由于該故障經(jīng)常出現(xiàn)，進(jìn)一步對(duì)導(dǎo)向定位銷的斷裂進(jìn)行分析，該閥是力士樂名牌產(chǎn)品，通徑DN32，壓力350 bar，導(dǎo)向定位銷主要是對(duì)主閥芯起導(dǎo)向作用，防止其前后運(yùn)動(dòng)時(shí)出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，其材質(zhì)和硬度經(jīng)分析測(cè)量均不存在問題。分析工況發(fā)現(xiàn)其動(dòng)作頻率高達(dá)200次/h，由于實(shí)際運(yùn)行中比例閥的頻繁換向給主閥芯帶來(lái)了較大的液壓沖擊，從而導(dǎo)致了定位銷疲勞斷裂。

改進(jìn)后的原理圖如圖3所示通過(guò)對(duì)比例換向閥進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，增加減壓緩沖回路來(lái)降低油液對(duì)主閥換向時(shí)閥芯的沖擊。

在比例閥PWV141的先導(dǎo)部分增加先導(dǎo)減壓閥DM141，同時(shí)為了安全考慮增加先導(dǎo)截止閥WV141。先導(dǎo)減壓閥將系統(tǒng)160 bar的控制油減壓為40 bar，既滿足了比例換向閥換向的功能，也降低了先導(dǎo)高壓力給主閥帶來(lái)的沖擊，改進(jìn)后通過(guò)測(cè)量發(fā)現(xiàn)液壓沖擊很小，油壓波動(dòng)明顯減弱。自從對(duì)系統(tǒng)改進(jìn)后，故障再未發(fā)生過(guò)。

圖3　改進(jìn)后90MN油壓機(jī)移動(dòng)臺(tái)液壓原理

4　結(jié)論

通過(guò)對(duì)比例電磁換向閥的優(yōu)化，增加了先導(dǎo)減壓閥，來(lái)緩解對(duì)主閥芯的沖擊，大大提高了使用壽命，同時(shí)增加了先導(dǎo)截止閥，從安全角度出發(fā)，保障了閥芯穩(wěn)定開啟，杜絕了液壓缸的誤動(dòng)作。實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)臺(tái)快慢速的平穩(wěn)切換，既減少了運(yùn)行過(guò)程中的液壓沖擊及管路振動(dòng)，又減小了前后到位后對(duì)機(jī)械擋塊的沖擊,大大降低了移動(dòng)臺(tái)的故障率，也延長(zhǎng)了比例閥的使用壽命。

[1] 張利平編.液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及設(shè)計(jì).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.8.

[2] 路甬祥編.液壓氣動(dòng)技術(shù)手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.8.

[3] 雷秀編.液壓與氣壓傳動(dòng).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.8.

[4] 成大先主編．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.6.

[5]官忠 范主編.液壓傳動(dòng)系統(tǒng).機(jī)械工業(yè)出版社，2011.7.

TH137

A

1671-0711（2016）09（下）-0098-02