C1563立式車床液壓系統改造后故障原因分析及處理

王立春，王學攀

哈爾濱電機廠有限責任公司 黑龍江哈爾濱 150040

1 序言

C1563立式車床于1959年由蘇聯引進，已使用60余年，其工作臺和主軸箱液壓系統老化，主軸箱換擋和工作臺承重換擋失效，液壓備件無法采購。為恢復機床正常使用性能，對其液壓系統進行重新設計改造。經改造后液壓系統基本恢復功能，但運行不穩定，故障頻發，現就故障進行分析研究和總結，以供液壓系統設計和維修人員參考。

2 主軸箱掉擋故障

在C1563立式車床液壓改造后的調試過程中，主軸擋位頻繁失效，檢查發現擋位位置檢測開關失電，說明換擋液壓缸位置發生變化。此主軸箱共有4個機械擋位，通過液壓力推動兩個豎直放置的液壓缸活塞實現換擋。重新設計的主軸箱液壓系統原理如圖1所示。

通過主軸箱液壓系統原理可以看出，液壓油從液壓泵出來后，經過溢流閥、過濾器、三位換向閥、液壓鎖和單向節流閥進入液壓缸。由于液壓缸為豎直放置，因而活塞在上擋位時就需要系統保壓，避免活塞由于重力脫離擋位，此液壓系統通過三位換向閥的中位機能和液壓鎖進行保壓。由圖1可知，當換擋結束后換向閥迅速失電，恢復O型中位機能，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，液壓鎖仍在開啟狀態，這就直接導致液壓缸的泄漏。由于液壓缸已使用多年，不排除內泄可能，所以應在液壓系統中設置蓄能器，對液壓缸進行保壓，從而確保活塞位置可靠。

圖1 主軸箱液壓系統原理

綜上分析，對液壓系統進行了如下修正。

1）將換向閥更換為Y型中位機能，當完成換擋轉換為中位機能時，回油管路液壓油通過中位卸荷，壓力為零，從而保證液壓鎖功能可靠。換向閥O型和Y型中位機能對比如圖2所示。

圖2 換向閥O型和Y型中位機能對比

2）在液壓缸處設置蓄能器，在擋位運行期間進行補壓，確保換擋位置可靠。

3）電控系統增加反饋，當液壓缸壓力檢測開關檢測到油壓低于設定值后，換向閥得電進行補壓。

通過采取以上措施，機床主軸換擋再未出現類似故障，運行穩定。

3 工作臺運行不平穩故障

改造后機床在加工試件（環形試件）的平面時平面度超差，表面粗糙度質量較改造前差。發現此故障后對機床工作臺的軸向圓跳動進行了檢測，軸向圓跳動值為0.07mm，高于改造前的軸向圓跳動值0.02mm。隨后對工作臺靜壓做了全面檢查，系統壓力和流量與改造前一致（因缺少原始資料，改造數據只能參考改造前系統狀態），工作臺實際靜壓浮起量與改造前基本一致且均勻（四點檢測）。改造后的工作臺液壓原理如圖3所示。

從圖3中可以發現，除工作臺環形靜壓腔供油外，還有一路“中心負荷”供油，此路油壓為1MPa，作用為將工作臺中心活塞頂起。

圖3 工作臺液壓原理

根據工作臺中心活塞受力面積估算，1MPa系統壓力可對工件產生約20t輔助卸荷。而加工試件為環形試件，且質量約為30t，20t輔助卸荷在工作臺旋轉運動時必然會造成浮起不穩定，從而導致試件平面加工精度超差。后與操作人員核實，原液壓系統雖具備中心負載功能，但此油路的液壓泵改造前多年未工作運行。

找到故障原因后，重新對工作臺液壓系統進行修正，取消原中心負荷油路溢流閥，增加一組疊加閥，如圖4所示。

當工作臺承載工件質量較小或為環形工件時（負載主要作用在工作臺環形導軌面上），圖4中換向閥失電，處于卸荷狀態，中心負荷油路通過換向閥直接卸荷，工件僅通過工作臺環形導軌靜壓油浮起；當工件為實心工件，且質量為50～100t時，換向閥左側電磁鐵得電，液壓油通過下方調整至1MPa的溢流閥溢流，中心負荷液壓油壓力為1MPa，相當于20t輔助卸荷；當工件質量＞100t時（最大承載120t工件），換向閥左側電磁鐵得電的同時兩位兩通電磁閥得電，液壓油通過上方2MPa的溢流閥溢流，中心負荷相當于40t輔助卸荷。

圖4 中心負荷液壓系統修正

通過實踐證明，重新修正的液壓系統在不同質量工件加工過程中功能穩定，運行良好。

4 結束語

在機床設備的液壓系統改造過程中，必須明確液壓系統所需實現的全部功能，且要充分考慮機械系統老化和重新改造后所產生的系統變化等因素，改造后發生故障要逐步查找故障原因，制定完善的整改計劃解決故障。