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HY32-400压力机液压系统问题分析与改进（图） 来源：机电论文 | 类别：技术 | 时间：2009-7-31 14:32:04 字体：大 中 小HY32-400液压机是某公司的一台重要设备，用来压制像油底壳类的壳体类零件，但一直存在着振动大、噪声大、生产合格率低等问题。另外，随着生产品种的增加，压制的要求也不断提高，对压力的调节也日益频繁，调节的精度要求也越来越高。对加工某些零件时需要压制和拉延的速度可调。加之使用年限的延长、老化、泄漏也会产生一些其它问题。针对这些问题，笔者与厂方人员一起对该设备的液压系统进行了分析和改进。 1、主要的问题和故障 (1) 拉延合格率较低，约55%，无法满足工艺要求。其现象是常出现压制拉延零件的裂缝。 (2) 上液压缸(主缸)压制速度不能调节，因此不能满足部分品种的压制工艺要求。 (3) 压力调整不方便而且精度低、稳定性差，使系统工作可靠性降低。 (4) 工作速度不稳定、振动大、噪声大。 2、故障产生的原因分析 2.1 原液压系统工作原理 图1 改造前液压系统如图1所示是原液压系统原理图。其工作循环：上液压缸(主缸)能实现“快速下行慢速下行慢速加压保压原位停止”。而下液压缸(顶出缸)如果是在主缸压制完成后将工件顶出，那么可实现“向上顶出停留向下退回”的工作循环；如果是作薄板拉伸压边(浮动压边)时，顶出缸可实现在上位时既保持一定的压力，又能随主缸滑块的下压而实现下降动作。 上液压缸的工作过程如下： (1) 液压缸9快速下行。IYA带电，换向阀5换向到左位，进油路：泵1单向阀4换向阀5左位液控单向阀6液压缸9上腔。同时液控单向阀7导通，主缸活塞在滑块重力作用下加速下行，泵供油不及而使上腔出现负压使液压控单向阀8导通，充油箱的油液进到缸9上腔实现充油。回油路：液压缸9下腔液控单向阀 7换向阀5左位换向阀12中位油箱。 (2) 主缸慢速下行。上滑块在运行中接触到工件时上腔压力升高，阀8关闭，此时加压慢速下行速度由液压泵流量决定。其进、回油路与快速下行时相同。 (3) 保压。当主缸上腔压力上升到压力继电器15的调定压力时发讯号使1YA断电，换向阀5换向到中位时主缸上下两腔封闭而保压。保压时间由时间继电器按工艺要求调节。此时泵卸荷。 (4) 快速返回。保压时间到，时间继电器发讯号使2YA带电，换向阀5换向到右位，其进油路：泵1阀4阀5(右位)阀7主缸9下腔。同时使阀8，阀6导通，回油一路回到充油箱中，另一路由主缸上腔阀6阀5(右位)阀12油箱。顶出缸(下液压缸)的工作过程如下：当主缸回到上位停止时，3YA通电，阀12换向到右位，顶出缸作向上顶出运动。其进油路为：泵1阀4阀5(中位)阀12右位顶出缸11下腔。回油路：缸11上腔阀12油箱。此外，当3YA断电时顶出缸可停留在某位置。当作薄板拉伸压边(浮动压边)时，顶出缸在上位保持一定的压力随主缸滑块的下压而下降时，其回油路为：顶出缸 11下腔一溢流阀13、油箱。 2.2 原液压系统中存在的问题 振动噪声较大的问题主要发生在主缸快速下降过程中和保压后换向返回时，经分析可能有两个主要原因： (1) 液压控单向阀7可能存在不断地开、关的转换造成主缸下行速度快慢变化引起振动和噪声。当主缸开始下行时因滑块重力作用而加速运动，泵供油不及而使上腔出现负压，液控单向阀4，6可能会自然打开而不需要压力。因此点N压力也会随之下降造成液控单向阀7关小甚至闭合，主缸就会减速甚至瞬间停留，上腔负压消失，随后点N压力再增大，缸9再度加速下行、上腔再度出现负压。这样循环就会出现缸9下行速度时快时慢，从而引起系统振动和噪声。 (2) 主缸9在保压后转换上行时，因上腔压力很大，油路突然换接产生液压冲击也会造成很大的震动和噪声。 第二个问题是主缸9压制速度不可调，不能满足某些零件的压制速度工艺的要求。因为系统采用的是定量泵又未设置调速回路。要解决该问题要么用变量泵要么在适当位置加装流量阀。其三，在压制需要压边拉延的工件时，时常有拉延开裂的情况发生而造成废品。经反复测试后分析其原因可能是阀3是普通的YF型液流阀，压力调节精度低，而且是远程调压，其管路长，泄漏和阻力变化大也造成压力波动，在压制工艺要求较高时不能满足要求。 3、液压系统的改造 笔者根据以上分析制定了改造的方案。图2 改造后液压系统如图2所示是改造后的液压系统，与原系统相比有以下的改进： (1) 将单向阀4换为顺序阀。这样不管液压缸9上腔是否出现负压，点N就总能保持一定的压力。而且可以根据实际情况调整其压力，而不像单向阀改变开启压力要靠更换弹簧实现。 (2) 设置卸压回路。如图2中增加换向阀A和节流阀B。当5YA带电同时延时继电器记时，上腔通过节流阀B、换向阀A卸压，其卸压快慢由节流阀B调节、卸压时间由时间继电器调节。卸压时间到，再使2YA带电，液压缸9上行。 (3) 增加一个节流阀D和一个换向阀C组成出口节流调速回路可以实现调节压制时主缸的速度，满足加工多种工件的不同压制速度的要求，扩大设备的应用范围。 (4) 将原系统中的调压阀2，3用一个比例溢流阀替换。既实现了调压的方便性又能保证压力调节的精确度。 4、改造后的效果 系统改造后经过实际应用，振动和噪声大为减小，压边拉延开裂现象也大为减少。其合格率可以达到80%以上。通过调节压制速度可以实现更多品种的工件压制和拉延工艺的要求。系统压力稳定性改善了很多，压力调节精度比改造前提高了很多。 9.1 组合机床动力滑台液压系统 The Movable Platform Hydraulic System of Modular Machine Tools组合机床是由通用部件和某些专用部件所组成的高效率和自动化程度较高的专用机床。它能完成钻(Boring)、镗(Drilling)、铣(Milling)、刮端面(Scraping End Surface)、倒角(Chamfering)、攻螺纹(Tapping)等加工和工件的转位、定位、夹紧、输送等动作。动力滑台是组合机床的一种通用部件。在滑台上可以配置各种工艺用途的切削头，例如安装动力箱和主轴箱、钻削头、铣削头、镗削头、镗孔、车端面等。YT4543型组合机床液压动力滑台可以实现多种不同的工作循环，其中一种比较典型的工作循环是：快进一工进二工进死挡铁停留快退停止。完成这一动作循环的动力滑台液压系统工作原理图如图9.1所示。系统中采用限压式变量叶片泵供油，并使液压缸差动联接以实现快速运动。由电液换向阀换向，用行程阀、液控顺序阀实现快进与工进的转换，用二位二通电磁换向阀实现一工进和二工进之间的速度换接。为保证进给的尺寸精度，采用了死挡铁停留来限位。实现工作循环的工作原理如下：（1）快进 Rapid Advance Motion按下启动按钮，三位五通电液动换向阀5的先导电磁换向阀1YA得电，使之阀芯右移，左位进入工作状态，这时的主油路是：进油路：滤油器1变量泵2单向阀3管路4电液换向阀5的P口到A口管路10，11行程阀17管路18液压缸19左腔；回油路：缸19右腔管路20电液换向阀5 的B口到T口油路8单向阀9油路11行程阀17管路18缸19左腔；这时形成差动连接回路。因为快进时，滑台的载荷较小，同时进油可以经阀17直通油缸左腔，系统中压力较低，所以变量泵2输出流量大，动力滑台快速前进，实现快进。（2）第一次工进 First Working Feed Movement在快进行程结束，滑台上的挡铁压下行程阀17，行程阀上位工作，使油路11和18断开。电磁铁1YA继续通电，电液动换向阀5左位仍在工作，电磁换向阀14的电磁铁处于断电状态。进油路必须经调速阀12进入液压缸左腔，与此同时，系统压力升高，将液控顺序阀7打开，并关闭单向阀9，使液压缸实现差动连接的油路切断。回油经顺序阀7和背压阀6回到油箱。这时的主油路是：进油路：滤油器1变量泵2单向阀3电液换向阀5的P口到A口油路10调速阀12二位二通电磁换向阀14油路18液压缸19左腔。回油路：缸19右腔油路20电液换向阀5的B口到T2口管路8顺序阀7背压阀6油箱。因为工作进给时油压升高，所以变量泵2的流量自动减小，动力滑台向前作第一次工作进给，进给量的大小可以用调速阀12调节。（3）第二次工作进给 Second Working Feed Movement图9.1 YT4543型组合机床动力滑台液压系统原理图1滤油器(Filter); 2变量泵(Pressure Compensated Variable Pump); 3、9、16单向阀(Check Valve); 4、8、10、11、18、20管路; 5电液动换向阀(Solenoid-controlled Pilot-operated Directional Control Valve);6背压阀(Back Pressure Valve);7顺序阀(Sequence Valve);12、13调速阀(Pressure Compensated Flow Control Valve); 14电磁阀(Solenoid Operated Directional Valve0; 15压力继电器(Pressure Switch); 17行程阀(Mechanically Operated Directional Control Valve); 19液压缸(Cylinder)在第一次工作进给结束时，滑台上的挡铁压下行程开关，使电磁阀14的电磁铁3YA得电，阀14右位接入工作，切断了该阀所在的油路，经调速阀12的油液必须经过调速阀13进入液压缸的右腔，其他油路不变。由于调速阀13的开口量小于阀12，进给速度降低，进给量的大小可由调速阀13来调节。（4）死挡铁停留 Stays for a Preditermined time当动力滑台第二次工作进给终了碰上死挡铁后，液压缸停止不动，系统的压力进一步升高，达到压力继电器15的调定值时，经过时间继电器(Time Switch)的延时，再发出电信号，使滑台退回。在时间继电器延时动作前，滑台停留在死挡块限定的位置上。（5）快退 Rapid Return时间继电器发出电信号后，2YA得电，1YA失电，3YA断电，电液换向阀5右位工作，这时的主油路是：进油路：滤油器1变量泵2单向阀3油路4换向阀5的P口到B口油路20缸19的右腔；回油路：缸19的左腔油路18单向阀16油路11电液换向阀5的A口到T口油箱。 这时系统的压力较低，变量泵2输出流量大，动力滑台快速退回。由于活塞杆的面积大约为活塞的一半，所以动力滑台快进、快退的速度大致相等。（6）原位停止 Stop at the Original Position当动力滑台退回到原始位置时，挡块压下行程开关，这时电磁铁1Y、2Y、3Y都失电，电液换向阀5处于中位，动力滑台停止运动，变量泵2输出油液的压力升高，使泵的流量自动减至最小。表9.1是这个液压系统的电磁铁和行程阀的动作表。表9.1 YT14543型组合机床动力滑台液压系统电磁铁和行程阀的动作表1YA2YA3YA17快进+-一工进+-+二工进+-+死挡铁停留-快退-+-原位停止-通过以上分析可以看出，为了实现自动工作循环，该液压系统应用了下列一些基本回路：调速回路：采用了由限压式变量泵和调速阀的调速回路，调速阀放在进油路上，回油经过背压阀；快速运动回路：应用限压式变量泵在低压时输出的流量大的特点，并采用差动连接来实现快速前进；换向回路：应用电液动换向阀实现换向，工作平稳、可靠，并由压力继电器与时间继电器发出的电信号控制换向信号；快速运动与工作进给的换接回路：采用行程换向阀实现速度的换接，换接的性能较好。同时利用换向后，系统中的压力升高使液控顺序阀接通，系统由快速运动的差动联接转换为使回油排回油箱；两种工作进给的换接回路：采用了两个调速阀串联的回路结构。返回本章目录 ZL100型装载机液压转向系统故障诊断与排除2008/1/18 16:29:23 点击次数：52一台ZL100型装载机发动机低速时转向反应缓慢，特别是急转弯时更明显，当加大发动机油门、提高转速时，上述现象消失。询问操作手，了解近期除了日常保养，液压系统没做调整维修。现场观察，没发现机械铰接部位有变形、松旷、裂纹现象，转向器、转向泵、转向缸等也没有漏油现象。打开油箱检查液压油，液位正常，油质良好。试车也没听到泵的吸空噪声及异响。在没有详细分析之前对液压系统元件盲目拆卸、调整是决不允许的。我们采用逻辑分析故障诊断法，首先在弄清液压系统的传动原理、结构特点、各元件在系统中的作用、系统中的有关参数及实际液压系统布置情况的基础上，结合故障特点，用推理的方法合乎逻辑地分析、判断，有目的、有方向的缩小可疑范围，排除可能的故障原因，确定故障区域，直至某个元件，最后加以排除。找来液压系统原理图进行分析(见图1)。依据液压传动的工作原理，负载的大小决定了系统的压力，负载的运动速度仅与流量有关而与压力无关。液压转向沉重，是由于压力不足，而转向慢是由于流量不够。1-转向液压泵；2-辅助供油泵；4-流量转换阀；5-溢流阀；6-转向阀；7-单向节流阀；8-转向液压缸图液压系统根据经验，液压系统出现转向沉重，多数是由于溢流阀调定压力低或转向泵、转向器、转向缸等内漏引起。由于内漏使压力达不到额定值或压力建立迟缓，由于内漏使流量减小，表现为空负载或轻负载时转向轻，重负载时沉重，或慢转时轻、快转时沉。而此时的故障现象与以往不同。我们在工作缸的两接头处分别接一压力表，重新试车。在轻重不同负载下，发动机低速与高速时快打比慢打方向压力表值略高一点。由此作出判断，故障的主要原因是由于发动机低速时流量小引起的。我们拆卸流量转换阀组，发现阀芯密封性能下降、弹簧弹力不够。流量转换阀(见图2)的作用是，发动机转速低时由于转向泵和辅助泵流量小，流经固定节流孔产生的压差小，不足以使阀克服弹簧力而移动，阀芯位于左端，辅助泵和转向泵的油全部流入转向油路；发动机中速时通过两节孔流量增加，压差增大，使阀芯克服弹簧力略向右移，辅助泵的油液分为两部分流入转向和工作装置；发动机转速继续增高，节流孔压差进一步增大，使阀芯在右端极限位置，隔断辅助泵流向转向油路，辅助泵全部流入工作油路。弹簧变软，使发动机低速时辅助泵只向工作油路供油，从而使转向油路流量小，转向反应迟缓。1-转向泵；2-辅助泵；3-工作泵；4-阀组；5-阀芯；6，-单向阀；8，9-节流孔图2流量转换阀更换弹簧后重新试车，故障消失。由此可见，排除故障要正确判断故障现象，运用科学的方法，理论知识与实践经验相结合。 三、料流调节阀的控制现状 现在的无料钟高炉炉顶，其料流调节阀的控制基本有三种： 1、 普通电机加齿轮减速机构来控制料流调节阀的开度。这种方式控制设备简单，但精度很难提高，系统的动作时间也较长，不利于提高高炉生产的节奏。另外，齿轮减速机构中的机械间隙对角精度的影响也很难消除，因此在大型高炉上基本不使用这种控制方式。 2、 使用伺服电机驱动料流调节阀。这种驱动方式能较好的保证角的精度，但驱动力矩受到一定的限制，另外其动作时间也比较长，不利于提高生产节奏，一般在450米3及以下的高炉上应用较多。 3、 采用液压系统来驱动料流调节阀。这用方式最大的优点是驱动力矩较大，可以使系统的动作时间大幅缩短，另外其控制也比较简单，即使用两个常规的液控单向阀来控制液压缸的开度，进而达到控制角开度的目的，如图三所示。一般大型高炉大都采用这种方式。 1 换向阀 2 液控单向阀 3 单向节流阀 4油缸图三 普通液压系统控制料流阀的原理图 但这种方式的缺点也很明显。其一是普通液压系统控制的液压缸，其推力受系统压力的影响比较大，容易形成冲击，对料流阀的寿命有着一定的影响；其次也是比较重要的，就是其精度很难控制，这是因为料流阀在开到给定角度时，由于里面充满了炉料，必须要求一次到位而不能反复调节，而普通的液压系统是不能满足这种要求的。而利用液压缸一次定位的精度误差又比较大，一般在1.52.0度，有时竟达到2.53.5度。 这样的精度在高炉布大粒度料（例如20mm以上的烧结矿或焦炭）的时候可能影响不是太严重，但是在需要布小粒度料的时候，尤其是小于5mm的碎矿或碎焦时，就很难控制甚至无法控制了。 四、利用液压伺服比例系统控制料流调节阀的可行性 鉴于以上原因，在大型高炉上，如果能充分利用液压系统推力大、动作速度快的特点，又能最大限度的消除系统压力变化对推力的影响，减小对机械系统的冲击，同时把控制精度大幅提高，那是再理想不过的了。 基于以上思路，我们在济钢一炼铁厂1#1750米3高炉上采用了液压伺服比例控制系统来代替原先的普通液压系统控制料流调节阀，获得了理想的效果。 五、液压伺服比例系统控制料流调节阀的原理 1、液压伺服比例系统的控制如图四所示： 蓄能器 图四 液压伺服比例系统控制料流阀的原理图伺服比例阀通过自带的集成放大器，可以连续的调节伺服比例阀的开度，这是与普通的液控单向阀的最大不同。由于伺服比例阀的开度是连续可调的，因此供给油缸的油的流量也是连续可调的，这样就实现了对油缸的速度、推力的连续调节和控制。 2、电气控制系统，采用了施耐德公司的QUANTUM系列PLC控制系统，负责采集炉顶料流调节阀的实际开度返回值（由自整角机或光电编码器检测转换成实际角度），接收炉顶控制系统发出的角开度大小和动作指令。在经过分析处理后，把开度指令转换成420mA的电信号发给伺服比例阀的集成放大器,用来控制伺服比例阀的开度。为了使系统既能有较大的推力和快速性，又能够达到较理想的准确度，在控制方式上采用了PID开环控制和PID闭环控制相结合的方法， 其程序流程如图五所示。 图五 液压伺服比例系统电气控制流程图PID调节的全称是比例积分微分控制调节器。PLC控制系统首先检测角的给定值和实际返回值，并计算出他们的差值, 当值大于某个角度（比如2度），这时给定伺服比例阀较大的开度值，使油缸高速大推力运行；当值小于某个角度、即角接近给定值时，系统自动进入PID调节控制状态，即随着值的减小，控制系统给定伺服比例阀的开度值也按比例减小，直至为零。当料流调节阀到达给定位置后（角的给定值与实际返回值之差0.1度），启动液压锁(电磁球阀动作，使得夜空单向阀动作，切断油缸进油和出油回路)，使油缸定位。这样使得液压油缸推动料流调节阀既能快速的到位，又能减小对设备的机械冲击，并保证较高的精度。图六是完成以上控制流程的一段局部梯形逻辑程序。 需要注意的是，由于液压伺服比例系统本身具有较高的放大系数，另外还有机械系统固有频率的影响，因此如果PID调节的各项参数（如比例、微分、积分系数，延时时间，偏移量等）调整的不好的话，系统极易产生振荡，因此各项PID参数的设置需要反复试验，以达到最好的效果。 六、实际应用及效果 济钢一炼铁厂1#1750高炉是济钢第一座大型高炉，原来的炉顶料流调节阀采用的是普通液压缸控制，其角精度较低，误差最大时达到2.8度，而且在料流调节阀全开和全关时机械冲击较大。为了解决这一问题，我们对料流调节阀的控制系统进行了改造，依照上述原理及方法，新上了一套液压伺服比例控制系统，伺服比例阀选用了BOSCH-REXROTH公司的高频响伺服比例阀。电气控制系统采用了QUANTUM系列的CPU53414。 随着液压工业的飞速发展，对液压系统的工作可靠性提出了更高的要求。目前，液压系统中的故障有70%左右是由于油液的污染造成的，如果污染的油液不经过严格的过滤、净化而用于液压系统，将对系统内精密元件的寿命及工作可靠性带来严重的危害，为了控制液压系统的污染程度，除在液压系统中安装滤油器外，对于注入系统内的新油，需用滤油车进行预过滤。同时，也可用滤油车对液压系统进行循环过滤，净化系统油液。我厂研制生产的精细滤油车，其最大特点是滤油精度高，性能可靠、结构紧凑、外形美观、机动灵活。使用维修方便滤油精度有40、30、20、10、5、3、1um，用户可根据需要自由选择，只需调换滤芯就可达到使用要求。滤油车可为液压系统、静压系统、润滑系统与各类用油系统的油液作灌注或定期过滤。对脏油回收也具有一定的经济效果。它仅滤掉油液中的污物，对油液的各项技术指标均无影响。原理图 型号说明 技术参数 型号公称流量 L/min原始压力损失Mpa粗滤精度m精滤精度m磁铁吸力N电机功率KW电压V重量KgLUC-16X16400.0210040、30、20、10、5、3、120.370.753806090LUC-40XLUC-63X631001.11.5110130LUC-100X外形尺寸 型号尺寸mmHAB2-dLUC-16X920470350G3/4LUC-40X930648400G1LUC-63X960560400G1LUC-100X960560400G1用户自配件及易损件 型号粗滤芯型号粗滤芯尺寸( 螺纹X外径X高度 )精滤芯型号精滤芯尺寸 (内径X半径X高度)输送胶