機(jī)械壓力機(jī)氣墊突然頂起的故障原因分析

文/方良·瑞鵠汽車(chē)模具有限公司方芳·奇瑞汽車(chē)股份有限公司

機(jī)械壓力機(jī)氣墊突然頂起的故障原因分析

文/方良·瑞鵠汽車(chē)模具有限公司方芳·奇瑞汽車(chē)股份有限公司

沖壓機(jī)車(chē)間某品牌機(jī)械壓力機(jī)，在無(wú)人誤操作，且安全栓、急停均處于鎖定狀態(tài)，氣墊儲(chǔ)氣罐約有0.4MPa壓縮空氣的情形下，下氣墊突然頂起，將正在機(jī)床上調(diào)試的模具損壞。事故發(fā)生前從地坑處傳來(lái)大量氣體泄漏“啪啪啪”爆竹般的異響，經(jīng)檢查，氣體管道撓性接頭處管道斷裂。將管道重新聯(lián)接，設(shè)備斷電復(fù)位重啟后又趨于正常，判斷此為偶發(fā)情況。機(jī)械壓力機(jī)下氣墊無(wú)緣由突然頂起，是一種很危險(xiǎn)的事故，不但會(huì)損壞模具結(jié)構(gòu)，而且還容易造成人員傷亡事故。

氣墊突然頂起，起因是氣墊突然進(jìn)氣，可能有兩種原因：氣墊的氣路系統(tǒng)或者控制氣路的電氣系統(tǒng)出現(xiàn)了問(wèn)題。氣墊氣路系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

電氣方面分析及排查

分析

電磁閥?、?出現(xiàn)電氣誤動(dòng)作，可能有以下兩種原因：

⑴PLC發(fā)出了誤信號(hào)。即有可能控制該電磁閥的輸出模塊出現(xiàn)內(nèi)部觸點(diǎn)粘連，或進(jìn)行脈沖掃描時(shí)出現(xiàn)短時(shí)間通電誤觸發(fā)信號(hào)。

圖1 氣墊氣路系統(tǒng)原理圖

⑵電磁閥存在質(zhì)量缺陷。該電磁閥為日本SMC產(chǎn)品，控制電源采用的是AC110V，但該閥設(shè)有內(nèi)置電路板進(jìn)行控制，有可能其對(duì)電氣要求響應(yīng)度較高，對(duì)電壓波動(dòng)過(guò)于靈敏，雖然電源線(xiàn)采用了屏蔽電纜，但設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)若有電磁干擾等情形發(fā)生，該電磁閥有可能會(huì)誤動(dòng)作得電。

排查

⑴故障發(fā)生后，從PLC程序上在線(xiàn)監(jiān)控沒(méi)發(fā)現(xiàn)異常，且機(jī)床控制系統(tǒng)采用的是AB品牌產(chǎn)品，控制電磁閥?、?的輸出模塊為1794-0W8的模塊，從外觀(guān)上觀(guān)察沒(méi)有明顯異常，且運(yùn)行指示正常。而且機(jī)床重啟后氣墊回歸正常，基本判定電氣控制系統(tǒng)無(wú)異常。

⑵檢查電磁閥?、?的外觀(guān)及進(jìn)行內(nèi)部清理，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)污物及閥芯卡死，同時(shí)重新布置一根電纜對(duì)電磁閥進(jìn)行單獨(dú)供電。

從整體而言，由于重啟后發(fā)現(xiàn)氣墊不再出現(xiàn)突然頂起，基本上能夠排除電氣故障影響。

氣路系統(tǒng)分析及排查

分析

⑴若氣墊儲(chǔ)氣罐有氣壓，但總氣源撓性接頭處出現(xiàn)管路斷裂突然泄壓，控制氣控閥閥芯和快排閥閥芯的先導(dǎo)機(jī)構(gòu)上下腔均與大氣相通而平衡，閥芯由于重力作用下降，將會(huì)導(dǎo)致氣墊突然進(jìn)氣而頂起。

⑵若長(zhǎng)時(shí)間不用設(shè)備，氣墊儲(chǔ)氣罐沒(méi)有氣體，總氣源關(guān)閉沒(méi)有進(jìn)氣，氣路系統(tǒng)管道有輕微漏氣導(dǎo)致管道氣壓為常壓，此時(shí)控制氣控閥閥芯和快排閥閥芯的先導(dǎo)機(jī)構(gòu)上下腔均沒(méi)有氣壓，閥芯由于重力作用下降，此時(shí)若突然打開(kāi)總氣源時(shí)，氣墊將會(huì)迅速進(jìn)氣而突然頂起。

故障排查

若軸用三角形密封圈或孔用三角形密封圈以及O形密封圈出現(xiàn)磨損或密封效果不良，氣路系統(tǒng)將會(huì)改變，可能會(huì)導(dǎo)致氣體從密封圈處滲漏至氣墊，但此時(shí)氣墊只會(huì)出現(xiàn)慢慢頂起。

綜上所述，雖然現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法模擬氣路系統(tǒng)管路突然泄壓的情形，但通過(guò)排查認(rèn)定為控制氣控閥閥芯和快排閥閥芯的先導(dǎo)機(jī)構(gòu)上下腔進(jìn)出氣氣壓出現(xiàn)異常，氣控閥和快排閥在進(jìn)氣口有氣壓的作用下，因重力和向上向下作用力的合力向下，導(dǎo)致閥芯向下位移從而將進(jìn)氣口與出氣口聯(lián)通，進(jìn)而將氣墊儲(chǔ)氣罐內(nèi)氣體釋放至氣墊內(nèi)，造成氣墊突然頂起。

圖2 氣控閥?結(jié)構(gòu)圖

圖3 改進(jìn)措施氣墊氣路原理圖

解決措施

正常情況不用氣墊時(shí)，要求氣控閥和快排閥應(yīng)置于安全位，即進(jìn)氣口和出氣口不得聯(lián)通，即使在外界非正常作用下也應(yīng)置于安全位不動(dòng)作。從氣控閥和快排閥結(jié)構(gòu)圖可以看出，若出現(xiàn)先導(dǎo)機(jī)構(gòu)的上下腔氣壓泄壓的情況下，將氣控閥和快排閥進(jìn)行180°倒置安裝或由“上進(jìn)氣，下出氣”更改為“下進(jìn)氣，上出氣”均無(wú)法解決隱患，因此改進(jìn)措施如圖3所示。

⑴步驟1：在氣路系統(tǒng)總風(fēng)源管路上加裝單向閥（規(guī)格為Aa-L-40，Rc1/2），電磁閥聯(lián)接管路一般比較牢固，但管路與壓力機(jī)的聯(lián)接處由于機(jī)械壓力機(jī)的振動(dòng)故容易折斷。因此，設(shè)備廠(chǎng)家采用的是撓性接頭，但長(zhǎng)期使用橡膠件易老化磨損而導(dǎo)致?lián)p壞。采用步驟1可以預(yù)防總風(fēng)源管路突然泄壓時(shí)，先導(dǎo)機(jī)構(gòu)的下腔氣體不會(huì)泄露，從而維持了閥芯頂起的狀態(tài)。

⑵步驟2：為了防止先導(dǎo)機(jī)構(gòu)管路出現(xiàn)輕微泄露等造成壓力不足，從而出現(xiàn)誤動(dòng)作的情形，從氣墊儲(chǔ)氣罐引出一根Rc1/2管道，并加裝單向閥（規(guī)格為Aa-L-40，Rc1/2），一旦出現(xiàn)泄壓，可通過(guò)氣墊儲(chǔ)氣罐給予氣體補(bǔ)充。且由于快排閥的先導(dǎo)機(jī)構(gòu)活塞截面直徑（170mm）大于快排閥活塞截面直徑（122mm）。因此，先導(dǎo)機(jī)構(gòu)下腔作用力大于快排閥進(jìn)氣口壓力，活塞合力向上，故快排閥不會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)作。同樣，氣控閥先導(dǎo)機(jī)構(gòu)活塞截面直徑（300mm）大于氣控閥活塞截面直徑（160mm）。因此，先導(dǎo)機(jī)構(gòu)下腔作用力大于氣控閥進(jìn)氣口壓力，故氣控閥也不會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)作。即使出現(xiàn)，由于有快排閥的保證，進(jìn)入氣墊的氣體也可通過(guò)快排閥排出。

⑶步驟3：若步驟1或步驟2中的管道都出現(xiàn)快速泄壓，上述情形依然不能得到可靠保證（當(dāng)然此種情形的發(fā)生概率將會(huì)大大降低）。但只要快排閥不會(huì)出現(xiàn)閥芯下降的話(huà)，氣體就可以順利排出，為此必須通過(guò)更改快排閥的結(jié)構(gòu)形式——在內(nèi)部加裝彈簧來(lái)進(jìn)行保證。

該機(jī)床氣墊最大頂出力200t，氣墊最大壓力為0.5MPa，快排閥活塞截面直徑為122mm，閥芯行程即為彈簧的壓縮量或者伸長(zhǎng)量Δx，根據(jù)公式P·S＝k·Δx，計(jì)算彈性系數(shù)k＝P·S/Δx＝2.25×105（N/m），長(zhǎng)度為71mm，彈簧內(nèi)徑為20mm，外徑可以參考標(biāo)準(zhǔn)要求，要求不大于125mm。通過(guò)計(jì)算，查找對(duì)應(yīng)的彈簧規(guī)格為：外徑為40mm，內(nèi)徑為20mm，長(zhǎng)度為70mm，彈性系數(shù)為22.5kg·f/mm。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)設(shè)備工作原理及部件結(jié)構(gòu)的排查，氣控閥和快排閥更改為全氣動(dòng)式先導(dǎo)機(jī)構(gòu)控制是技術(shù)革新的一項(xiàng)進(jìn)步，但在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)設(shè)計(jì)上考慮不足或欠完善的地方，在進(jìn)行改善的同時(shí)，需要對(duì)氣路管道的規(guī)范安裝及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備使用要求進(jìn)行關(guān)注，同時(shí)電磁閥的得電動(dòng)作必須做到確保可靠，否則都會(huì)造成嚴(yán)重后果。