C1563立式車(chē)床液壓系統(tǒng)改造后故障原因分析及處理

王立春，王學(xué)攀

哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司 黑龍江哈爾濱 150040

1 序言

C1563立式車(chē)床于1959年由蘇聯(lián)引進(jìn)，已使用60余年，其工作臺(tái)和主軸箱液壓系統(tǒng)老化，主軸箱換擋和工作臺(tái)承重?fù)Q擋失效，液壓備件無(wú)法采購(gòu)。為恢復(fù)機(jī)床正常使用性能，對(duì)其液壓系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)改造。經(jīng)改造后液壓系統(tǒng)基本恢復(fù)功能，但運(yùn)行不穩(wěn)定，故障頻發(fā)，現(xiàn)就故障進(jìn)行分析研究和總結(jié)，以供液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)和維修人員參考。

2 主軸箱掉擋故障

在C1563立式車(chē)床液壓改造后的調(diào)試過(guò)程中，主軸擋位頻繁失效，檢查發(fā)現(xiàn)擋位位置檢測(cè)開(kāi)關(guān)失電，說(shuō)明換擋液壓缸位置發(fā)生變化。此主軸箱共有4個(gè)機(jī)械擋位，通過(guò)液壓力推動(dòng)兩個(gè)豎直放置的液壓缸活塞實(shí)現(xiàn)換擋。重新設(shè)計(jì)的主軸箱液壓系統(tǒng)原理如圖1所示。

通過(guò)主軸箱液壓系統(tǒng)原理可以看出，液壓油從液壓泵出來(lái)后，經(jīng)過(guò)溢流閥、過(guò)濾器、三位換向閥、液壓鎖和單向節(jié)流閥進(jìn)入液壓缸。由于液壓缸為豎直放置，因而活塞在上擋位時(shí)就需要系統(tǒng)保壓，避免活塞由于重力脫離擋位，此液壓系統(tǒng)通過(guò)三位換向閥的中位機(jī)能和液壓鎖進(jìn)行保壓。由圖1可知，當(dāng)換擋結(jié)束后換向閥迅速失電，恢復(fù)O型中位機(jī)能，換向閥瞬間切斷油路，造成換向閥與液壓鎖之間仍然存在壓力油，液壓鎖仍在開(kāi)啟狀態(tài)，這就直接導(dǎo)致液壓缸的泄漏。由于液壓缸已使用多年，不排除內(nèi)泄可能，所以應(yīng)在液壓系統(tǒng)中設(shè)置蓄能器，對(duì)液壓缸進(jìn)行保壓，從而確保活塞位置可靠。

圖1 主軸箱液壓系統(tǒng)原理

綜上分析，對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行了如下修正。

1）將換向閥更換為Y型中位機(jī)能，當(dāng)完成換擋轉(zhuǎn)換為中位機(jī)能時(shí)，回油管路液壓油通過(guò)中位卸荷，壓力為零，從而保證液壓鎖功能可靠。換向閥O型和Y型中位機(jī)能對(duì)比如圖2所示。

圖2 換向閥O型和Y型中位機(jī)能對(duì)比

2）在液壓缸處設(shè)置蓄能器，在擋位運(yùn)行期間進(jìn)行補(bǔ)壓，確保換擋位置可靠。

3）電控系統(tǒng)增加反饋，當(dāng)液壓缸壓力檢測(cè)開(kāi)關(guān)檢測(cè)到油壓低于設(shè)定值后，換向閥得電進(jìn)行補(bǔ)壓。

通過(guò)采取以上措施，機(jī)床主軸換擋再未出現(xiàn)類(lèi)似故障，運(yùn)行穩(wěn)定。

3 工作臺(tái)運(yùn)行不平穩(wěn)故障

改造后機(jī)床在加工試件（環(huán)形試件）的平面時(shí)平面度超差，表面粗糙度質(zhì)量較改造前差。發(fā)現(xiàn)此故障后對(duì)機(jī)床工作臺(tái)的軸向圓跳動(dòng)進(jìn)行了檢測(cè)，軸向圓跳動(dòng)值為0.07mm，高于改造前的軸向圓跳動(dòng)值0.02mm。隨后對(duì)工作臺(tái)靜壓做了全面檢查，系統(tǒng)壓力和流量與改造前一致（因缺少原始資料，改造數(shù)據(jù)只能參考改造前系統(tǒng)狀態(tài)），工作臺(tái)實(shí)際靜壓浮起量與改造前基本一致且均勻（四點(diǎn)檢測(cè)）。改造后的工作臺(tái)液壓原理如圖3所示。

從圖3中可以發(fā)現(xiàn)，除工作臺(tái)環(huán)形靜壓腔供油外，還有一路“中心負(fù)荷”供油，此路油壓為1MPa，作用為將工作臺(tái)中心活塞頂起。

圖3 工作臺(tái)液壓原理

根據(jù)工作臺(tái)中心活塞受力面積估算，1MPa系統(tǒng)壓力可對(duì)工件產(chǎn)生約20t輔助卸荷。而加工試件為環(huán)形試件，且質(zhì)量約為30t，20t輔助卸荷在工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)必然會(huì)造成浮起不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致試件平面加工精度超差。后與操作人員核實(shí)，原液壓系統(tǒng)雖具備中心負(fù)載功能，但此油路的液壓泵改造前多年未工作運(yùn)行。

找到故障原因后，重新對(duì)工作臺(tái)液壓系統(tǒng)進(jìn)行修正，取消原中心負(fù)荷油路溢流閥，增加一組疊加閥，如圖4所示。

當(dāng)工作臺(tái)承載工件質(zhì)量較小或?yàn)榄h(huán)形工件時(shí)（負(fù)載主要作用在工作臺(tái)環(huán)形導(dǎo)軌面上），圖4中換向閥失電，處于卸荷狀態(tài)，中心負(fù)荷油路通過(guò)換向閥直接卸荷，工件僅通過(guò)工作臺(tái)環(huán)形導(dǎo)軌靜壓油浮起；當(dāng)工件為實(shí)心工件，且質(zhì)量為50～100t時(shí)，換向閥左側(cè)電磁鐵得電，液壓油通過(guò)下方調(diào)整至1MPa的溢流閥溢流，中心負(fù)荷液壓油壓力為1MPa，相當(dāng)于20t輔助卸荷；當(dāng)工件質(zhì)量＞100t時(shí)（最大承載120t工件），換向閥左側(cè)電磁鐵得電的同時(shí)兩位兩通電磁閥得電，液壓油通過(guò)上方2MPa的溢流閥溢流，中心負(fù)荷相當(dāng)于40t輔助卸荷。

圖4 中心負(fù)荷液壓系統(tǒng)修正

通過(guò)實(shí)踐證明，重新修正的液壓系統(tǒng)在不同質(zhì)量工件加工過(guò)程中功能穩(wěn)定，運(yùn)行良好。

4 結(jié)束語(yǔ)

在機(jī)床設(shè)備的液壓系統(tǒng)改造過(guò)程中，必須明確液壓系統(tǒng)所需實(shí)現(xiàn)的全部功能，且要充分考慮機(jī)械系統(tǒng)老化和重新改造后所產(chǎn)生的系統(tǒng)變化等因素，改造后發(fā)生故障要逐步查找故障原因，制定完善的整改計(jì)劃解決故障。