蒙皮拉伸成形機的故障分析與處理

劉玉成

（昌河飛機工業（集團）有限責任公司，江西景德鎮 333002）

0 引言

飛機蒙皮拉伸成形集中體現了大型飛機薄壁件塑性成形的特點，是當前飛機鈑金研究與發展的一個重要方向。蒙皮拉伸成形技術是衡量一個國家飛機制造能力和水平的重要標志之一，因此發展蒙皮拉伸成形技術對我國航空制造工業具有十分重要的意義。

作為一種可滿足多類形變工藝參數而使蒙皮等鈑金件發生塑性成形的航空專用設備，蒙皮拉伸成形機利用液壓傳動，為工件拉伸形變提供動力源，同時經過精密傳感器、檢測反饋手段、PLC（可編程序控制器）等一整套控制系統，配合相應的工裝夾具，完成蒙皮等鈑金件按照其工藝參數的成形加工。

1 故障現象

2007 年昌河飛機工業（集團）有限責任公司從美國ERIE PRESS 公司引進了一臺STC400M-3200-6000 CNC 型數控蒙皮拉伸成形機。該設備自投產初期就出現較嚴重的漏油現象，由于當時使用的頻率不高，針對漏油現象只是作了簡單、臨時的處理，并沒有引起足夠重視。隨著近幾年的產量不斷增多，該設備平均每天工作運行在4～5 h 以上，生產高峰期甚至出現日夜連續運行的狀況，設備使用頻率顯著提高。在此情況下，設備故障頻發，故障率很高。典型的故障主要有兩個：

（1）主泵電機過載跳閘。有時剛開機就發生，有時在拉伸產品過程中出現，有時經重新上電后，連續幾天又不再出現，有時連續重新上電后依舊出現。故障表現為突發性、無規律性。

（2）液壓油溫上升過快、油溫過高直至報警停機。該現象特別是夏季高溫天氣時更為突出，在設備空載運行0.5 h 后油溫就上升至50 ℃，并且不會穩定下來，持續上升直至55 ℃系統報警停機。

這些故障曾一度造成設備長期停機無法正常工作，嚴重影響科研和生產工作的開展。

2 故障原因分析

2.1 針對主泵電機過載跳閘

從故障表象看，可能是電氣或者機械故障造成的。首先從電氣控制方面查找原因，在經過排除后，重點分析電機負載的問題。電機負載過大的原因有很多：①漏油嚴重，系統壓力無法建立；②液壓油路不暢，有堵塞；③工件強度過大，拉伸壓力無法滿足要求；④安全閥調定壓力過高，液壓泵輸出壓力超過額定壓力，超載運行；⑤液壓泵本身故障等；⑥或者是上述綜合原因造成。因此，需要逐步處理和排除。

經過觀察，存在不同程度的管路漏油現象。對液壓管路系統所有漏點進行檢查，并分別作出針對性處理后，漏油情況得到改善，但跳閘現象并沒有得到解決，故障依舊存在。同時，為保障液壓油路通暢，清洗了各液壓閥、接頭、泵站、油箱及管路，重新更換了液壓油，并對油路進行了梳理和檢查，液壓回路循環正常。由于故障不僅出現在設備運行中，大部分故障發生在剛開機預熱階段，因此可以排除工件強度過大的原因。

在對系統壓力進行檢查分析時，發現系統壓力為3800～4000 Psi（26.20～27.58 MPa），偶爾沖到5000 Psi（34.47 MPa），雖處于正常范圍，但已臨近警戒值（圖1）。考慮在滿足加工要求的情況，盡量減小泵的負荷是更佳的工作狀況，因此對液壓泵的額定壓力進行了調整，調至3300～3500 Psi（22.75～24.13 MPa）。此后設備運轉的幾個月時間內，跳閘現象不再出現，情況得到好轉。但是并沒有從根本上解決問題，因為在幾個月之后又會偶發性出現故障。

根據上述分析過程，認為故障的根本原因可能是液壓泵自身故障。但是在故障發生時，系統壓力仍然可以正常建立，故障突發、無規律性，出現故障后經重新上電開機又可恢復正常，這使得對泵的故障又產生了些許懷疑。因為該泵結構復雜，精密度高，造價昂貴，而企業的生產任務又異常繁重，設備無法留出充分檢修時間，所以該故障的處理過程陷入兩難。

2.2 針對油溫上升過快、油溫過高直至報警停機

最先檢查液壓油的冷卻系統，發現冷卻系統確實存在問題。長期以來，受冷卻水雜質多的影響，冷卻水管銹蝕較為嚴重，換熱器有不同程度的堵塞，使換熱面積降低，導致散熱效果下降嚴重。將該冷卻系統進行分解，并作清洗處理。為了保障整個系統的冷卻效果，重新設計制造、安裝了一套外部油冷單元，專門用來冷卻液壓油。在理論上這一裝置的冷卻能力完全可以滿足系統要求，但是結果并不理想，實際上油溫的問題并沒有得到根本性改善。

圖1 系統監控界面

然后在設備現場進行反復檢查，從液壓油源開始順藤摸瓜，對油路進行逐一梳理，并做好相應的溫度檢測、分析，逐漸發現液壓泵外殼體溫度異常高，手感非常燙手。用紅外測溫儀探測，外殼溫度竟然高于60 ℃。經油泵打出的油帶走了該部分熱量，進入回路及執行元件后，雖然經冷卻系統進行熱交換，但是回油溫度依舊偏高，即冷卻系統的冷卻能力低于液壓泵的發熱量，造成油溫上升過快，并且不能被穩定下來。換言之，液壓油泵的發熱是主要的熱源。

液壓泵如此大的發熱肯定屬于不正常現象，但如此大的發熱從何而來呢？主泵輸出壓力正常，因此排除液壓泵內部磨損的原因。結合主泵電機跳閘的故障，懷疑這兩種故障現象實際是相互關聯的，即同一根源所致。

2.3 液壓泵故障分析

該設備采用的液壓主泵為REXROTH 進口恒壓變量柱塞泵，型號為AA4VSO250DR/30R-VKD75KA5-SO886。其工作原理為：當泵的輸出壓力小于調定恒壓力時全排量輸出壓力油，即定量輸出，在輸出油液的壓力達到調定壓力時就自動地調節泵流量，以保證恒壓力，滿足系統的要求；當執行元件液壓缸行程到頭了、系統不再需要油液時，系統壓力會迅速升高促使恒壓泵變量機構動作使泵的排量減小至僅能提供泵體內泄所需流量（圖2）。現場對液壓泵進行檢查，發現在空載運行時，泵的內泄油流量非常大，超出了正常內泄流量的近十倍（達100 L/min 以上）。這就意味著無論是什么工況，泵幾乎都是滿負荷工作，根本沒有起到恒壓變量機構應有的作用，而且還會大大加大泵的負荷，加快機械部件磨損并形成惡性循環。這也是泵的發熱量如此之高的原因。

圖2 液壓泵工作示意

3 故障處理

經過液壓泵專業廠家對泵進行分解檢查后，確認泵內部部件存在不同程度的不規則性磨損，這會導致前面所述所有故障現象的發生，基本確定這就是設備故障的根本原因。在對液壓泵進行修理后，基本恢復了液壓泵的初始狀態，重新安裝后，故障得到解決。

4 結束語

液壓系統雖然具有傳動平穩、動作靈敏、承載能力大、容易實現復雜動作、可簡化機械結構等特點，但是也存在發生故障不易排除、工作穩定性受環境影響較大、維護保養要求高等問題，特別是如蒙皮拉伸成形機類設備，具有復雜的液壓系統、管路系統和電氣控制系統，出現故障時處理起來很棘手。這就要求相關設備技術員能掌握更為深層的專業知識，同時具有豐富的維修經驗，善于做好設備故障的統計分類。在排除故障的過程中，要求科學分析、統籌思考，通過表象看本質，而且應該注重經驗的累積，多去了解行業發展動態，多與行業專家進行溝通交流，借鑒他們的經驗和建議，拓寬視野和思路，不斷提升自身的水平。

通過分享蒙皮拉伸成形機故障的分析和處理過程，希望對年輕技術員有一定的啟發和引導作用，并能逐漸解決實際生產中遇到的問題，更好地保障和服務于科研生產。