數控液壓折彎機工進無壓力故障處理

劉澤強，孫守澤

中車株洲電力機車有限公司 湖南株洲 421000

1 序言

數控液壓折彎機主要用于工件的折彎加工，由機架、滑塊、工作臺、液壓缸、液壓比例伺服系統、位置檢測系統、數控系統和電氣系統組裝而成。該折彎機在空載速度、工作速度和回程速度工況下，始終能保持滑塊的位置同步（與工作臺平行），并能在行程終點處實現高精度的定位。因此廣泛用于汽車、造船、集裝箱、工程機械、建筑機構、金屬結構、燈桿及電力桿等行業的構件折彎加工。

2 故障描述

數控液壓折彎機（見圖1）運行時，滑塊在數控系統和液壓伺服系統的控制下，完成一次行程需要經過以下6個階段：快速下行、減速下行、壓料并保壓、卸壓、快速上行以及停止在上死點。本文為分析方便，將6個階段合為3個階段，即快進、工進及快速回程（快退）。

圖1 數控液壓折彎機

該折彎機在工作中出現的故障現象是：滑塊可快速下行，但在壓料時壓力明顯不足，無法完成折彎作業。

3 液壓系統概述

系統液壓原理如圖2所示，電磁閥動作順序見表1。

圖2 系統液壓原理

表1 電磁閥動作順序

（1）滑塊快速下行（快進） 4Y5（交叉）、4Y3得電，液壓缸下腔的油液很快經插裝閥1、比例伺服閥回到油箱，同時失去支撐滑塊所需要的油壓。滑塊的自重帶動活塞快速下降，液壓缸上腔瞬間形成負壓，“吸開”充液閥，大量油液由油箱經充液閥進入液壓缸上腔，滑塊快速向下運行[1]。

（2）工進加壓 當滑塊下行至轉換點后，4Y3失電，插裝閥關閉，液壓缸下腔的油經溢流閥產生壓力，使滑塊不能自由下落。此時1Y1得電，使比例溢流閥建立系統壓力，1Y2得電，充液閥關閉，油液經比例伺服閥進入液壓缸上腔，迫使滑塊向下運動，完成壓料動作。

（3）滑塊快速回程（快退） 4Y3得電，插裝閥1開啟，4Y5得電（直通），此時油泵輸出的油經比例伺服閥、插裝閥1進入液壓缸下腔，且1Y1保持得電，比例溢流閥繼續建立壓力。同時，1Y2失電，充液閥在控制油路壓力作用下開啟，液壓缸上腔的油液經充液閥（大量）快速回到油箱，滑塊完成快速回程動作。

4 故障分析與排查

根據故障現象，分析液壓系統原理圖可知，折彎機工進無壓力，推測故障原因如下。

1）壓力控制閥組中比例溢流閥的1Y1電磁鐵未得電，此時比例溢流閥為普通溢流閥，系統不能建立起足夠的壓力。

2）壓力控制閥組中插裝閥2的錐孔磨損或密封失效等，閥口未關閉，導致系統建壓時，油液經過該插裝閥口，直接回到油箱，系統無壓力。

3）充液閥閥口不能正常關閉、閥芯損壞或密封失效[2]，液壓缸上腔經充液閥內腔與油箱互通，折彎機工進時，油液從液壓缸上腔經充液閥直接回到油箱，導致壓力不足。

根據從簡到難逐一排除法，故障點排除過程如下。

1）檢查壓力控制閥組中的比例溢流閥是否正常得電。折彎機工進狀態下檢查該比例溢流閥，觸頭1Y1燈亮，且比例溢流閥正常動作，排除比例溢流閥故障。

2）檢查壓力控制閥組的插裝閥2。拆卸插裝閥2，檢查錐孔磨損情況，并清洗閥芯后重新安裝，折彎機工進仍壓力不足，可暫時排除插裝閥故障。

3）檢查充液閥控制油路電磁換向閥。折彎機工進時，該電磁換向閥處于關閉狀態，指令充液閥關閉，電磁換向閥無異常。

4）檢查充液閥。拆卸充液閥，發現充液閥閥端部鎖緊螺栓松動脫落，先導閥芯損壞（見圖3），導致先導閥口處于常開狀態，充液閥無法緊閉，至此發現故障原因。

圖3 先導閥芯損壞情況

5 故障處理

5.1 充液閥工作原理

充液閥（見圖4、圖5）常用于液壓缸與油箱之間的吸排油，通流性大，排量為800L/min，其工作原理如下。

圖4 充液閥結構示意

圖5 沖液閥實物

（1）滑塊快速下行狀態 滑塊的自重帶動活塞快速下行時，液壓缸上腔容積變化率大于油泵流量，液壓缸上腔產生負壓，克服彈簧2的彈簧力，主閥芯下移，充液閥主閥芯直接被吸開，油箱油液經充液閥進入液壓缸上腔。

（2）滑塊快速上行狀態 控制油路壓力作用在滑體上，并克服彈簧3的彈簧力，使滑體頂開頂桿，先導閥芯下移，先導閥口開啟，液壓缸上腔油液經先導閥口進入充液閥內腔與油箱連通，液壓缸上腔壓力降低，滑體進一步作用在主閥芯上，克服彈簧2的彈簧力，頂開主閥芯閥口，大量油液從液壓缸上腔經充液閥流回油箱[3]。

因充液閥的端部鎖緊螺栓1松動脫落，先導閥芯也隨之掉落，在液壓缸活塞上下快速移動的過程中，被活塞與缸體擠壞，導致先導閥口處于常開狀態。滑塊工進壓料時，油液經液壓泵進入液壓缸上腔，建立壓力，但因先導閥口開啟，油液經先導閥口流回油箱，所以造成一定程度的卸荷，導致折彎機壓料時壓力不足（即無壓力）。

5.2 故障處理過程

（1）定制采購充液閥 因先導閥采用活塞環密封，與閥體配合精度要求高，機械加工工藝要求較高，且無圖樣，無法準確測量其尺寸，自行制作難度大，以致無法修復，且該設備為國外進口設備，后又經國內大修廠家進行改造，故只能向大修廠家定制采購充液閥。充液閥到貨后發現，充液閥閥體與折彎機安裝接口不匹配。為盡快恢復設備，決定采用將新購充液閥主閥芯安裝在舊充液閥閥體的方式進行修復。但新購閥芯與舊充液閥閥體并非完全匹配，安裝完成后，在滑塊回程時充液閥無法正常打開。折彎機在工作時出現的新問題為：可快速下行并加壓，但無法快速回程。

（2）確定改造方案 再次拆卸并解體充液閥，經測量發現新、舊閥體主閥芯的軸徑尺寸完全吻合，可確認組裝充液閥的密封性能良好，但滑體在行程最大位置處仍無法接觸到頂桿，導致先導閥口無法開啟。

解決方案為加長先導閥桿或者加長滑體，使滑體在行程范圍內可以推動先導閥頂桿、頂開主閥芯。因滑體與充液閥體之間存在配合關系，故滑體表面需做精磨處理，保證表面粗糙度，工藝要求較高。相比之下，加長先導閥頂桿較為簡單、可靠。

（3）先導閥頂桿尺寸測量 頂桿尺寸確定原則：因滑塊上方左右兩個充液閥的控制油路壓力相同，彈簧的彈性系數一致，故頂桿改造完成后，需保證滑體在初始位置（即控制油路無壓力，滑體端面與充液閥端蓋相接觸）時，兩充液閥滑體底部與頂桿之間的間隙相同，即滑體的動作準備距離相同，兩充液閥可同時開啟，從而保證滑塊在上行過程中兩端保持同步運行。經測量（測量方法與下述方法相同），無故障充液閥的滑體動作準備距離為t=4mm。

1）先導閥頂桿需加長的尺寸x計算。測量端蓋、閥體接觸面到頂桿的距離X1、端蓋深度X2和滑體總長X3（見圖6～圖8），各測量數據間的函數關系為：X1+X2=X3+x+t。由圖9頂桿加長尺寸關系可得，先導閥頂桿需加長的尺寸為：x=66+30－74－4=18（mm）。

圖6 測量頂桿到閥體端面深度X1

圖8 測量滑體高度X3

圖9 頂桿加長尺寸關系示意

2）頂桿結構設計。由充液閥工作原理及結構可知，充液閥開啟，是通過控制油路，迫使滑體下移推動先導閥頂桿，打開先導閥，進而由滑體繼續下移作用在主閥芯上，打開充液閥口。

圖7 測量端蓋深度X2

如果只是將先導閥頂桿加長，則滑體推動先導閥頂桿，在繼續下行時，將由先導閥頂桿底部作用在鎖緊螺栓1，進而推開主閥芯。這種情況將導致鎖緊螺栓1、先導閥芯及頂桿等頻繁受力，使先導閥部分更易損壞。可在頂桿加長時做巧妙的結構設計，避免這種情況的發生。

在加長頂桿時，可把加長部分改造成凸臺結構（見圖10），凸臺直徑與滑體下端凸臺直徑一致，這樣打開主閥芯時，將由凸臺端面作用在主閥芯上，上述問題就此得到解決。

圖10 頂桿改造前后示意

5.3 安裝及試運行

組裝充液閥，主閥芯部分安裝完成后，將滑體放置在最大行程位置，驗證滑體動作準備距離t及主閥芯開口，驗證無誤后，安裝充液閥，試機運行，檢驗改造效果。

改造完成后，折彎機可準確地完成快速下行、加壓減速下行、減速上行及快速上行等一系列動作，設備恢復良好正常運轉。

6 結束語

處理液壓故障，應首先認真研究系統液壓原理圖，并由易到難地逐步排除故障點，直到找出故障原因。自行改造設備與重新定制采購充液閥相比，不僅大大縮短了維修周期，而且將對生產的影響最小化。通過對折彎機液壓系統的研究，對造成滑塊運行時壓力不足的故障原因進行了梳理，對日后類似故障的處理起到借鑒作用。