橡皮囊壓力機(jī)典型液壓系統(tǒng)故障分析

江智軒，黃典

昌河飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 江西景德鎮(zhèn) 333002

1 序言

橡皮囊壓力機(jī)設(shè)備一般用于鈑金零件的液壓成形，已經(jīng)廣泛運(yùn)用于汽車(chē)、航空行業(yè)[1]。我公司使用的是1臺(tái)77000t橡皮囊壓力機(jī)，具有左右深壓及淺壓兩個(gè)工作臺(tái)，最高壓力為1000b a r（1bar=0.1MPa，下同）。自動(dòng)循環(huán)壓一次零件需要按步驟順序執(zhí)行以下幾個(gè)動(dòng)作：在工作臺(tái)面擺放好零件后移動(dòng)至壓力機(jī)筒體內(nèi)部，液壓系統(tǒng)開(kāi)始向安裝在筒體內(nèi)部的橡皮囊內(nèi)執(zhí)行充油、加壓、保壓、泄壓和抽真空等動(dòng)作，抽真空達(dá)到一定數(shù)值后工作臺(tái)移出，一次加壓循環(huán)結(jié)束。液壓系統(tǒng)作為液壓機(jī)設(shè)備的核心組成，其穩(wěn)定性直接關(guān)系設(shè)備是否正常運(yùn)行。

2 液壓泵壓力異常故障

2.1 故障現(xiàn)象

橡皮囊壓力機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，液壓泵突發(fā)出現(xiàn)壓力異常故障，執(zhí)行任何動(dòng)作（移動(dòng)工作臺(tái)、充油等）液壓泵輸出壓力均只有不到30bar，如圖1所示，設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)行。

圖1 主泵異常壓力顯示

2.2 故障原因分析

該設(shè)備主液壓泵使用的是軸向變量柱塞泵，控制方式為DRG遙控恒壓模式，通過(guò)比例溢流閥V103及調(diào)壓閥彈簧力平衡高壓側(cè)負(fù)載壓力[2]，控制原理如圖2所示。在前期新泵更換調(diào)試過(guò)程中，按照設(shè)備液壓系統(tǒng)的使用要求已將調(diào)壓閥的彈簧力調(diào)節(jié)至30bar左右，故障中主泵的輸出壓力正好為調(diào)壓閥的彈簧力，說(shuō)明控制系統(tǒng)未起到作用。液壓泵運(yùn)行無(wú)異常聲音，首先可以排除泵體本身?yè)p壞的可能，初步判斷可能故障原因有以下幾點(diǎn)。

圖2 液壓泵控制原理

1）V103比例溢流閥異常，溢流閥本身?yè)p壞或者控制系統(tǒng)沒(méi)有輸出控制電壓，導(dǎo)致未起到比例溢流作用。

2）調(diào)壓閥狀態(tài)異常，控制油沒(méi)有辦法到達(dá)溢流閥。

2.3 故障處理

1）首先排除V103比例溢流閥故障的可能。通過(guò)測(cè)量伺服閥接頭電壓，當(dāng)觸摸屏顯示33%時(shí)，使用萬(wàn)用表測(cè)量出3V左右的直流電壓，說(shuō)明控制系統(tǒng)無(wú)異常，同時(shí)更換溢流閥進(jìn)行測(cè)試，故障現(xiàn)象依舊。

2）更換調(diào)壓閥，主泵輸出壓力正常，確定故障原因是由于調(diào)壓閥異常引起。對(duì)故障調(diào)壓閥進(jìn)行拆解，如圖3、圖4所示。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)在控制閥芯處有一小孔（通往溢流閥），被結(jié)晶蓖麻油堵塞，導(dǎo)致負(fù)載側(cè)的油液無(wú)法流經(jīng)溢流閥，控制無(wú)法起作用。將堵塞小孔的結(jié)晶蓖麻油取出，重新安裝閥芯，安裝調(diào)壓閥測(cè)試無(wú)異常，此故障解決。

圖3 調(diào)壓閥彈簧

3 抽真空故障

3.1 故障現(xiàn)象

該設(shè)備在抽真空階段偶發(fā)異常狀態(tài)，主液壓泵輸出壓力正常（150bar左右），但“BP425”抽真空壓力傳感器數(shù)值一直顯示0.3bar，如圖5所示，無(wú)法達(dá)到-0.6bar的抽真空要求，長(zhǎng)時(shí)間后設(shè)備出現(xiàn)“Long evacuation time抽真空時(shí)間超長(zhǎng)”報(bào)警，設(shè)備無(wú)法執(zhí)行下一步（工作臺(tái)移出）步驟，此時(shí)關(guān)閉主液壓泵重新起動(dòng)后，設(shè)備又能恢復(fù)正常使用。

圖5 抽真空階段故障

3.2 故障原因分析

對(duì)橡皮囊抽真空工作原理進(jìn)行分析：在抽真空階段，主液壓泵輸出油液至伺服換向閥，驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)帶動(dòng)雙向螺桿泵反轉(zhuǎn)將橡皮囊內(nèi)剩余油液抽至油箱。真空泵液壓控制原理如圖6所示，V412伺服閥控制壓力及轉(zhuǎn)動(dòng)方向，V411減壓閥控制最大壓力，防止壓力過(guò)大造成液壓馬達(dá)損壞。在抽真空階段初期，PLC系統(tǒng)模擬量輸出模塊輸出6V的電壓至V412伺服閥進(jìn)行控制，囊內(nèi)真空度達(dá)到-0.4bar以后，隨真空度的提高輸出電壓逐漸降低至2V，保持囊內(nèi)-0.8～-0.6bar的真空度。當(dāng)“BP425”壓力傳感器檢測(cè)囊內(nèi)壓力達(dá)到-0.6bar以下時(shí)，抽真空階段結(jié)束，自動(dòng)循環(huán)執(zhí)行工作臺(tái)移出步驟。

圖6 真空泵液壓控制原理

在進(jìn)一步觀察抽真空系統(tǒng)異常時(shí)設(shè)備各部件的動(dòng)作情況后，發(fā)現(xiàn)真空泵并沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)，所以才導(dǎo)致真空值無(wú)法下降，分析可能原因有以下幾點(diǎn)。

1）V412伺服閥偶發(fā)出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象，閥芯在中位無(wú)法移動(dòng)。

2）液壓馬達(dá)偶發(fā)出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象，無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)。

3）控制系統(tǒng)輸出電壓異常，或控制線路異常。

4）主液壓泵輸出油液未到真空泵液壓馬達(dá)，導(dǎo)致真空泵無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)。

3.3 故障處理

1）針對(duì)V412液壓閥、液壓馬達(dá)件自身異常的可能，直接對(duì)液壓閥、液壓馬達(dá)逐一進(jìn)行了更換，設(shè)備投入運(yùn)行進(jìn)行試驗(yàn)，仍會(huì)出現(xiàn)相同情況，排除部件自身的因素。

2）針對(duì)控制系統(tǒng)輸出電壓異常的可能，在出現(xiàn)異常狀態(tài)的情況下（真空度為+0.3bar，觸摸屏顯示輸出60%，對(duì)應(yīng)6V輸出）檢查伺服閥電壓。通過(guò)查找電氣圖樣，使用萬(wàn)用表直流電壓檔測(cè)量X3線排中33、34端子（見(jiàn)圖7），連接伺服閥輸入端電壓為6V，檢查線路無(wú)破損，伺服閥接頭良好無(wú)松動(dòng)，排除控制系統(tǒng)異常輸出的可能。

圖7 V412伺服閥輸入電壓測(cè)量

3）針對(duì)主液壓泵輸出油液未到真空泵液壓馬達(dá)的可能，使用壓力測(cè)試表檢查液壓馬達(dá)測(cè)試點(diǎn)壓力值，顯示為0（見(jiàn)圖8），進(jìn)一步排查發(fā)現(xiàn)，主泵輸出油液能否到達(dá)真空泵液壓馬達(dá)由一個(gè)插裝閥進(jìn)行控制。插裝閥如圖9所示，油路控制如圖10所示，插裝閥未得電打開(kāi)，導(dǎo)致高壓油液無(wú)法進(jìn)入到液壓馬達(dá)內(nèi)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

圖8 液壓馬達(dá)壓力數(shù)值測(cè)試

圖9 電控插裝閥

圖10 油路控制示意

查找電氣圖樣發(fā)現(xiàn)，該插裝閥信號(hào)由PLC數(shù)字量模塊通過(guò)中間繼電器輸出24V控制。查看PLC信號(hào)狀態(tài)，Q3.3（控制插裝閥）顯示正常輸出，但在中間繼電器后端沒(méi)有檢測(cè)到電壓，故確定中間繼電器損壞（見(jiàn)圖11），更換后試運(yùn)行（見(jiàn)圖12），設(shè)備無(wú)異常狀態(tài)出現(xiàn)。更換后的中間繼電器輸出模塊是西門(mén)子推出的一種基于PLC的全模塊化連接（SIMATIC TOP CONNECT）產(chǎn)品，產(chǎn)品升級(jí)后，接線也方便了很多，同時(shí)配有LED指示，在任何時(shí)刻模塊動(dòng)作狀態(tài)一目了然。

圖11 原中間繼電器

圖12 更換后的中間繼電器模塊

4 泄壓慢故障

4.1 故障現(xiàn)象

橡皮囊壓力機(jī)在保壓結(jié)束后進(jìn)入泄壓階段時(shí)，泄壓速率異常緩慢，500bar泄壓至5bar需要200s（見(jiàn)圖13），而正常時(shí)間為5s內(nèi)，因此導(dǎo)致整體工作效率降低了60%左右。

圖13 泄壓異常示意

4.2 故障分析

橡皮囊壓力機(jī)泄壓工作原理如圖14所示，由閥V332控制閥V164/165進(jìn)行泄壓。V332是一個(gè)二位四通電控液壓閥，用于控制液動(dòng)單向閥V164、V165的開(kāi)啟閉合[3]。V331是一個(gè)溢流閥，用于超壓泄油保護(hù)。BP330則是一個(gè)壓力繼電器，當(dāng)進(jìn)油壓力高于調(diào)定值70bar時(shí)，觸點(diǎn)切換，發(fā)出一個(gè)24V的電信號(hào)至PLC的輸入端（見(jiàn)圖15），用于其他邏輯控制或安全保護(hù)。

圖14 泄壓工作原理

圖15 BP330信號(hào)輸入至PLC

首先設(shè)備能夠進(jìn)行泄壓動(dòng)作，其次在現(xiàn)場(chǎng)觀察，設(shè)備在泄壓階段V332失電，控制信號(hào)正常，排除電信號(hào)控制異常的可能，其他導(dǎo)致泄壓速率異?？赡艿脑蛑饕缦?。

1）V332電控液壓閥自身異常，或V331溢流閥自身異常，導(dǎo)致輸出至液控單向閥V164/V165的壓力不足。

2）V164/V165液控單向閥異常。

4.3 故障處理

1）針對(duì)V332及V331液壓閥異常的可能，在其出油壓力測(cè)試點(diǎn)+U.MP334連接壓力測(cè)試儀表進(jìn)行測(cè)試，出油壓力為105bar左右無(wú)異常，排除控制閥組異常的可能。

2）針對(duì)超高壓液控單向閥V164/V165（見(jiàn)圖16），對(duì)其進(jìn)行拆解發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部存在大量的異物（見(jiàn)圖17），如斷裂的螺釘、破損的橡膠皮等，均是以往在維修拆解筒內(nèi)橡皮囊部件時(shí)發(fā)現(xiàn)卻未找到的異物，影響了單向閥的正常動(dòng)作。清理后重新安裝此單向閥，設(shè)備恢復(fù)正常泄壓。

圖16 超高壓液控單向閥

圖17 拆解發(fā)現(xiàn)的異物

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于液壓系統(tǒng)的故障排查來(lái)說(shuō)，通常要結(jié)合電氣信號(hào)排查、系統(tǒng)壓力點(diǎn)測(cè)試同步進(jìn)行，邏輯性非常強(qiáng)，對(duì)維修人員的技能水平要求較高，要求能熟練看懂設(shè)備圖樣，了解液壓部件的動(dòng)作特性。同時(shí)也能發(fā)現(xiàn)液壓系統(tǒng)內(nèi)存在的異物是導(dǎo)致液壓系統(tǒng)故障出現(xiàn)的高發(fā)原因，油液的潔凈度對(duì)液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是至關(guān)重要的。較為復(fù)雜的大型液壓設(shè)備可以考慮加裝油液質(zhì)量在線檢測(cè)系統(tǒng)，利用一些先進(jìn)精密的傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控油液黏度、水分和顆粒度等指標(biāo)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)油液劣化趨勢(shì)，及時(shí)處理，保證液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，減少設(shè)備故障率。