液壓移動臺精準定位檢測控制關鍵技術

辛昌杰，耿培濤，楊 西

（寶武集團馬鋼軌交材料科技有限公司，安徽馬鞍山 243000）

引言

某公司一條全自動車輪壓軋生產線投產于2003 年，90 MN 油壓機是該生產線上三大機組之一，主要是將加熱后的鋼錠在模具內進行鍛壓，來完成產品毛坯的預成型與成型兩道工序，為實現(xiàn)在一個機組上兩道工序之間的傳遞，機組上設計安裝有移動工作臺，在移動臺上安裝有預成型下模與成型下模，兩道工序共用的上模安裝在活動橫梁上，通過上模與不同下模的配合來實現(xiàn)產品的預成型與成型[1]。

1 90 MN 油壓機移動臺驅動部件結構及泵站原理

如圖1 所示，移動臺驅動液壓缸通過連接塊與移動臺連接，在導向機構的約束下，驅動移動臺在機組的固定臺上進行往復直線運動，液壓缸安裝在支架上[2]。生產工藝要求液壓缸的最大移動速度為800 mm/s。移動臺前進和后退分別包括5 個階段，分別是：啟動階段、快速工進、減速階段、慢速工進和制動階段。每個階段的工作以及每個階段之間的切換都是通過液壓系統(tǒng)中的液壓閥來實現(xiàn)[3]。

圖1 移動臺驅動裝置

為保證毛坯產品的中心誤差，必須對移動臺位置進行精確控制，同時為實現(xiàn)對移動臺位置的閉環(huán)控制，在液壓缸內安裝了位移傳感器。液壓系統(tǒng)的動力源由兩臺軸向柱塞變量泵A4VSO355DR 和A4VSO71DR 提供，每臺泵對應一套加載閥組。泵A4VSO355DR 提供液壓系統(tǒng)正常工作的16 MPa 高壓油，泵A4VSO71DR 提供31.5 MPa 高壓油，該高壓油用來對液壓缸有桿腔進行鎖緊，防止驅動部件的微動導致產品中心不穩(wěn)。

2 90 MN 油壓機移動臺液壓原理分析及移動臺動作實現(xiàn)

90 MN 移動臺液壓原理如圖2 所示，為實現(xiàn)移動臺部件運動的平穩(wěn)性、啟停階段無沖擊及快慢速自由切換，在主油路（P1、T 回路）中采用比例閥進行控制；為保證比例閥先導控制油壓力不受主油路系統(tǒng)影響，同時控制油回油通暢，系統(tǒng)中控制油采用外供外排方式[4]。

圖2 移動臺液壓原理圖

驅動液壓缸采用的是活塞式液壓缸，其缸徑為250 mm，桿徑為180 mm。由于活塞與活塞桿的面積差，同樣16 MPa的系統(tǒng)壓力在液壓缸的有桿腔產生的作用力將大大小于在液壓缸無桿腔產生的作用力，無法保證在液壓缸活塞收縮到位時工作臺的穩(wěn)定性，所以在液壓回路中單獨設計了一條高壓回路（P2、T），當液壓缸的活塞收縮到位時（該位置由液壓缸內的位移傳感器設定），高壓油回路工作，實現(xiàn)對工作臺的鎖緊。

2.1 90 MN油壓機移動臺液壓原理分析

為實現(xiàn)移動臺運動速度任意調節(jié)，以及移動臺運動方向的轉換，液壓回路中設計了比例換向閥PWV141。其先導閥是一個由比例電磁鐵控制的三通減壓閥，通過將一個輸入信號轉化為一個與其成比例的壓力輸出信號，來實現(xiàn)對主閥PWV141 控制油壓力大小的調節(jié)，從而實現(xiàn)控制主閥PWV141 閥芯的換向或閥口大小，最終控制移動臺的運動方向與運動速度。

為更一步保護主閥PWV141 閥芯動作的正確性，在其先導控制油路中設計安裝了一個兩位四通換向閥WV141，只有該閥得電時，控制油才能實現(xiàn)對主閥的控制。當移動臺以800 mm/s 的速度移動，即液壓缸有桿腔進油，無桿腔回油時，通過計算可知液壓缸無桿腔的回油量達到了2 355 L/min，此時最大流量為1 600 L/min、通徑32 mm 的比例換向閥PWV141 已經無法滿足要求，所以在液壓回路中增加了一個最大流量為950 L/min、通徑32 mm 的比例換向閥PLV141，來共同將液壓缸無桿腔的液壓油排回油箱。

為使液壓缸前進和后退的速度基本一致，液壓回路中采用了差動液壓回路，電磁溢流閥DBW141.1 和DBW141.2 被設計在主閥PWV141 的T口后，這兩個電磁溢流閥與單向閥R143結合可實現(xiàn)液壓缸向前運動的差動回路，而采用兩個相同的溢流閥并聯(lián)在液壓回路中，則是因為通徑32 mm 的電磁溢流閥，它的最大流量只有650 L/min，兩個閥共同開啟才能滿足流量要求。

為實現(xiàn)移動臺在有桿腔進油時，能夠產生與無桿腔進油時同樣大小的作用力，在液壓回路中單獨設計了一個高壓鎖緊回路。電磁溢流閥DBW142在液壓系統(tǒng)中是將31.5 MPa 高壓油輸送到液壓系統(tǒng)中，當液壓缸活塞收縮到位后，閥DBW142 得電，31.5 MPa 高壓油進入液壓缸有桿腔內，將液壓缸活塞鎖緊，從而防止移動臺的輕微竄動。

液壓回路中設計了單向閥R144，它直接與回油相通，實現(xiàn)對液壓缸有桿腔補油。為保護液壓系統(tǒng)，電磁換向閥WV142 被設計在回路中，它與兩個單向閥R142.1和R142.2共同作用，實現(xiàn)對液壓缸的保護。當閥WV142得電時，液壓缸的有桿腔與無桿腔均與T口聯(lián)通，實現(xiàn)壓力的釋放。

為進一步保護液壓系統(tǒng)，系統(tǒng)中設計了先導式溢流閥DB141，閥的設定壓力為33 MPa，當系統(tǒng)壓力高壓33 MPa時，實現(xiàn)系統(tǒng)高壓油的溢流。

2.2 90 MN油壓機移動臺動作實現(xiàn)

下面結合液壓控制系統(tǒng)（圖2）和移動臺工作時相關閥的得失電狀態(tài)表（表1）對移動臺動作進行簡單介紹。

表1 移動臺工作時間相關閥得失電狀態(tài)表

（1）移動臺快慢速前進

比例換向閥PWV141 的b 側比例電磁鐵得電，換向閥WV141得電，16 MPa的控制油流經先導閥中的減壓閥后進入先導比例閥，再經過換向閥WV141進入主閥芯的B 腔，控制油推動主閥芯克服A 腔彈簧力向A 腔移動，同時A 腔內控制油從Y 口排出，使主閥PWV141 的P 口與A 口通，T 口與B 口通，這樣16 MPa 的主回路壓力油進入液壓缸的無桿腔，液壓缸有桿腔內的液壓油經主閥PWV141 后，進入電磁溢流閥DBW141.1和DBW141.2的入口，而此時這兩個閥均為得電狀態(tài)，同時比例換向閥PLV141 未得電，壓力油無法回流，只有通過單向閥R143 進入液壓缸的無桿腔，實現(xiàn)液壓缸的差動快速向前運動。

通過降低比例閥PWV141 的b 側比例電磁鐵的給定電壓來實現(xiàn)移動臺向前的慢速運動。

（2）移動臺快慢速后退

比例換向閥PWV141 的a 側比例電磁鐵得電，換向閥WV141 得電，16 MPa 控制油進入換向閥PWV141 主閥芯的B 腔，則主閥PWV141 的P 口與B口通，T口與A口通，這樣16 MPa的主油路壓力油進入液壓缸的有桿腔。液壓缸無桿腔內的壓力油經主閥PWV141 后，通過電磁溢流閥DBW141.1 和DBW141.2 回油箱。同時比例換向閥PLV141 得電，液壓缸無桿腔內的壓力油同時經過比例換向閥PLV141流回油箱，實現(xiàn)移動臺的快速后退。此時單向閥R143彈簧側壓力高，該閥不開啟。

當比例換向閥PLV141 不得電時，液壓缸無桿腔內的壓力油只通過電磁溢流閥DBW141.1 和DBW141.2 回油箱，同時降低比例閥PWV141 的a 側比例電磁鐵的給定電壓，實現(xiàn)移動臺慢速后退。

（3）有桿腔高壓鎖緊

因有桿腔的有效承壓面積小，為滿足現(xiàn)場工況要求，所以在液壓回路設計時增加了有桿腔的高壓鎖緊。通過控制電磁溢流閥DBW142 的得失電，來實現(xiàn)31.5 MPa高壓油的通與斷，單向閥R141可以防止31.5 MPa高壓油竄回到16 MPa的主回路系統(tǒng)中。

3 90MN油壓機移動臺典型故障排查方法

在實際的工作過程中，多次出現(xiàn)有桿腔無高壓鎖緊現(xiàn)象，當檢測點DS141 檢測的壓力小于設定值25 MPa時，即出現(xiàn)有桿腔無高壓報警。

通過分析移動臺液壓原理圖可知，液壓缸有桿腔的31.5 MPa 高壓油是由點P2 輸入，由高壓泵A4VSO71DR 提供，所以，首先檢查泵出口壓力是否正常；若正常，則檢查高壓油從P2 點至液壓缸有桿腔的油路上所經過的液壓閥。測量MM-P2 點、MM-P 點及MM-B 三點的壓力，如果泵源壓力正常，則點MM-P2點壓力應該為31.5 MPa；當測量MM-P點壓力未達到31.5 MPa 時，則檢查或更換電磁溢流閥DBW142。如果MM-P2 點和MM-P 點壓力均為31.5 MPa，而MM-B 點壓力未達到31.5 MPa，則檢查或更換比例換向閥PWV141的主閥及各先導閥。

如果測得MM-P2 點、MM-P 點及MM-B 三點的壓力均未達到31.5 MPa，則說明泵輸出的高壓油出現(xiàn)了卸荷，此時需檢查換向閥WV142 及單向閥R144，高壓油可能從這兩個閥泄壓回T 口。單向閥R141 的損壞，也會導致高壓油與低壓油串聯(lián)，從而降低高壓油的壓力。

若以上正常，則檢查液壓缸是否內泄，導致液壓缸有桿腔壓力無法建立。

4 結束語

此液壓回路采用變量泵和比例換向閥控制形式，通過對變量泵比例流量控制，適時調節(jié)液壓回路中比例換向閥的給定值，使泵的流量輸出隨負載變化而變化，實現(xiàn)了節(jié)能降耗，又降低了液壓系統(tǒng)的沖擊。

通過對90 MN油壓機移動臺在實際的工作過程中，有桿腔無高壓鎖緊故障現(xiàn)象進行詳細分析和排除，快速判斷出故障原因，為移動臺故障排查提供了依據(jù)，有利于提高設備生產效率。