單動薄板沖壓液壓機液壓系統故障分析與排除

摘 要：文章對單動薄板沖壓液壓機的動力機構，液壓控制系統及執行原件進行了簡要的介紹，并對現代液壓機普遍采用的兩通插裝閥從結構和工作原理方面做了詳細分析，并就典型的液壓故障進行詳細分析。

關鍵詞：液壓機；故障診斷；二通插裝閥；先導閥；液壓系統

引言

液壓機液壓系統故障是指液壓系統或組成系統的液壓元件喪失了原有的基本功能或出現某些異常現象，是影響液壓機正常運行的一種典型故障，具有隱蔽性強，查找困難，不易恢復等特點。

故障診斷是從基本工作原理出發，以元件的結構和工作特性為基點，根據故障現象分析液壓系統的組成和特點，正確判斷產生故障的原因，并能預測出產生故障的具體部位，對發生故障的液壓系統進行快速診斷，確定液壓設備發生故障的部位及產生故障的性質和原因，并采取相應的措施，確保恢復設備的正常運行[1，2]。

1 液壓系統的構成及工作原理

1.1 液壓系統的構成

液壓系統由油泵電機組、二通插裝閥、充液閥、油缸、過濾器、液位計以及管路等組成，其中二通插裝閥通過配置不同的先導控制級，形成靈活多變的、可以實現方向、壓力、流量的多種控制，是液壓系統的主要控制原件。

1.2 液壓系統及控制原件的工作原理

液壓油在油箱內經過液壓油泵形成流動的液壓油，液壓油流經過濾器，過濾器濾掉顆粒較大的，對液壓控制元件有不良影響的雜質，進入二通插裝閥，二通插裝閥把流動的液壓油根據工作需要改變流動方向、壓力或進行流量分配，然后進入充液閥，再流入油缸上腔，油缸伸出，當油缸遇到負載時，流動的液壓油壓力升高，克服負載繼續伸出，當需要回程時，二通插裝閥中的方向閥動作，液壓油在二通插裝閥中改變方向，液壓油流入液壓缸下腔，活塞桿帶動負載退回。

其中，插裝閥是單動薄板沖壓液壓機液壓系統的控制原件，具有工藝性好、液體流動阻力小、通流能力大、動作靈敏、抗污染能力強、工作可靠、使用壽命長、密封性好、具有多種機能、變形方便以及可以高度集成等優點。

二通插裝閥是插裝閥的基本組件[3]，由閥芯、閥套、彈簧和密封圈組成，插入到特別設計加工的閥體內，配以蓋板、先導閥構成的一種多功能的復合閥。因每個插裝閥基本組件有且只有兩個油口，故被稱為二通插裝閥，早期又稱為邏輯閥。根據用途不同分為方向閥組件、壓力閥組件和流量閥組件。同一通徑的三種組件安裝尺寸相同，但閥芯的結構形式和閥套座直徑不同。三種組件均有兩個主油口A 和B、一個控制口x。如圖1所示：

插裝閥的工作原理：

記油口A、B、x的壓力分別為pA、pB、px，作用面積分別為AA、AB、Ax，閥芯上端復位彈簧力為Ft，當pxAx+Ft>pAAA+pBAB時，閥口關閉；當pxAx+Ft≤pAAA+pBAB時，閥口開啟。實際工作時，閥芯的受力狀況是通過油口x的通油方式控制的。X通回油箱，閥口開啟；x與進油口相通，閥口關閉。改變油口通油方式的閥稱為先導閥。

先導閥與蓋板用來控制插裝閥控制腔的通油方式，從而控制閥口的開啟和關閉。方向閥組件的先導閥可以是電磁滑閥，也可以是電磁球閥（支撐閥）。有時還設置防止壓力沖擊的緩沖閥和選擇壓力的梭閥（分液閥）。壓力閥組件的先導閥包括遠程調壓閥、電磁滑閥以及比例閥等。流量閥組件的先導閥除電磁滑閥外，還需在蓋板上裝閥芯行程調節桿，以限制、調節閥口開度的大小如：本壓機的滑塊快速下降控制閥。

2 液壓系統的典型故障分析與排除

2.1 故障現象

液壓機滑塊在慢速下行時，滑塊振動嚴重，系統管路并有振動。

2.2 故障分析過程

根據圖2液壓原理圖對故障進行分析，當滑塊慢速下行時，主油路來油，電磁閥YA24得電動作，插裝閥C4控制油路和回油接通，插裝閥C4打開，系統來油經管路進入滑塊液壓缸上腔，此時電磁閥YA21得電，插件C6控制油路和回油接通，控制油路壓力為零，插裝閥C6在下腔油壓的作用下，插裝閥C6打開，此時，YA22保持原位，C1插件控制油路壓力和主油路壓力相等，插裝閥C1關閉，同時，插裝閥C2/C3也處于關閉狀態，支撐系統管路內的壓力不斷升高，系統壓力升高到一定時，支撐閥Z1在控制油力壓力下打開，插裝閥C2的控制油路和回油接通，插裝閥C2和回油接通，支撐油路和回油接通，當支撐系統壓力小于打開支撐溢流閥Z1的壓力時，Z1支撐閥關閉，支撐系統壓力保持一定壓力，滑塊開始緩慢下降。根據滑塊下行工作特點可以看出：（1）滑塊活塞缸下腔支撐壓力過高。（2）支撐回路電磁閥YA22振動，引起兩通插裝閥控制油路壓力不穩，導致插件閥芯振動，造成支撐回路壓力不穩。（3）滑塊液壓缸上腔進油壓力波動都能引起滑塊振動。

根據上述分析的三種可能，判斷插裝閥C2和先導溢流閥Z1組成的支撐閥發生故障的可能性較大，Z1插裝閥組件由蓋板、閥芯、閥套、復位彈簧和密封圈組成，可能出現的故障是：（1）閥芯與閥套之間泄露；（2）閥芯與閥套之間配合面磨損，引起摩擦力增大，造成閥芯運動卡阻；（3）密封圈泄露；（4）復位彈簧疲勞或斷裂，彈力下降或失去。C2溢流閥是直動型溢流閥，由閥芯、閥體、彈簧、上蓋、調節桿、調節螺母等零件組成，如圖3所示。

當溢流閥處于原始狀態，閥芯在彈簧力的作用下處于最下端位置，進出油口隔斷。進口油液經閥芯徑向孔、軸向孔作用在閥芯底端面，當液壓力等于或大于彈簧力時，閥芯上移，閥口開啟，進口壓力油經閥口溢回油箱。可能發生故障的部位是：（1）彈簧疲勞，彈性下降；（2）閥口關閉不嚴，有泄露；（3）溢流閥安裝面組合墊圈破損，引起泄露。

對上述易出現故障的部位逐一拆卸檢查，均未發現異常。這說明此種故障與支撐閥組沒有關系，排除支撐閥組引起故障的可能，那么我們需要對由先導電磁閥YA21和插裝閥C6組成的安全閥組、插裝閥C1和先導電磁閥YA22組成的快速控制閥組、先導電磁閥YA23、YA24及插裝閥C3、C4組成的方向控制閥組及由比例溢流閥與插裝閥C5組成的比例壓力閥組進行分析。

滑塊下行安全閥組由先導電磁閥YA21和插裝閥C6組成，結構和控制原理相對較簡單，只要電磁閥YA21得電動作，插裝閥C6控制腔油路與回油接通，此時插裝閥閥芯上移，插裝閥C6打開，壓力油可以由此閥通過。

滑塊壓力控制閥組由先導比例溢流閥YAA、插裝閥C5及作為安全閥的溢流閥組成，比例溢流閥通過改變控制電信號，來控制插裝閥C5控制油路的壓力，以此來控制主系統的工作壓力，根據故障現象，滑塊只有在慢速下行時才出現振動，回程時并沒有振動現象，說明此閥組發生故障的可能性不大。

滑塊控制系統方向閥組由電磁方向閥YA23、YA24與插裝閥C3、C4組成，電磁方向閥YA23得電時，插裝閥C4控制油路和來油接通，插裝閥C4閥芯關閉，此時插裝閥C3控制油路和回油接通，閥芯在來油壓力作用下打開，壓力油可以通過插裝閥C3，經過插裝閥C6進入液壓缸下腔，推動活塞向上運動，滑塊上行，此時充液閥打開，滑塊液壓缸上腔液壓油通過充液閥流回油箱，電磁方向閥YA24得電時，插裝閥C3控制油路和來油接通，插裝閥C3閥芯關閉，此時插裝閥C4控制油路和回油接通，閥芯在來油壓力作用下打開，壓力油可以通過插裝閥C4，經過插裝閥C5進入液壓缸上腔，下腔液壓油經過支撐閥流回油箱，此時活塞在壓力油推動下向下運動，此時滑塊下行。

根據上述分析，此故障出現方向閥組的可能性較大，方向閥組可能是插件閥芯在壓力油通過時出現振動，引起液壓缸上腔進油不連續，導致滑塊下行時振動，造成這一現象的兩種可能是插件閥芯卡滯或電磁閥閥芯振動，根據這一判斷首先對方向電磁閥YA24進行檢查，發現電磁閥得電時，閥芯推桿振動，可知閥芯一定在振動，根據以上分析正是它導致了滑塊慢速下行振動。

本機床此處應用的電磁方向閥是滑閥，形式為三位四通，導致電磁閥閥芯振動的原因可能是閥芯磨損，泄露量過大，引起流體壓力波動，另一種可能是電磁推力不足，不能滿足液體壓力要求，從而引起振動，從這兩方面對電磁閥進行檢查發現：電磁閥芯管內推桿與芯管之間摩擦力過大，削弱了電磁推力的作用，引起電磁閥工作時閥芯振動。

2.3 故障解決

根據以上判斷，可以斷定故障是由于電磁閥損壞引起的，更換新的電磁閥，試車，故障消除。

3 結束語

單動薄板沖壓液壓機，連鎖功能較多，液壓原理較復雜，控制機構由兩通插裝閥和先導控制閥組成，當設備出現故障時，可能出現在插裝閥上，也可能出現在先導閥上，所以維修時需要有較強的液壓專業知識，同時還要具備較豐富的液壓系統維修經驗。

參考文獻

[1]李壯云.液壓元件與系統[M].北京：機械工業出版社，2005.

[2]趙靜一，曾輝，李侃.液壓氣動系統常見故障分析與處理[M].北京：化學工業出版社，2009.

[3]石全.二通插裝閥方向控制回路分析[J].液壓氣動與密封，2009（4）.

[4]黃人豪.二通插裝閥的結構原理和功能分析[J].流體傳動與控制，2004（5）.

[5]陳章位，路甬祥，付周東.液壓設備狀態監測和故障診斷技術[J].液壓與氣動，1995（2）.

作者簡介：武迪（1978-），男，吉林長春人，工學碩士，主要從事汽車零件沖壓設備管理與維修技術工作。