高能螺旋壓力機液壓系統原理與故障分析

胡巧利， 胡延東

（陜西法士特齒輪有限責任公司， 陜西 寶雞 722409）

引言

高能螺旋壓力機（又稱離合式螺旋壓力機）具有打擊力大、效率高、易操作、模具設計簡單等優點，是螺旋壓力機的主要機型。其工作原理是：電機帶動一個慣性飛輪作同一方向的持續旋轉運動，離合器被固定在飛輪上一起作旋轉運動，液壓離合器控制飛輪與螺桿的結合與脫開。由于螺桿慣量遠小于飛輪和離合器，所以滑塊在90%行程的任何位置都可以輸出最大的打擊力和能量。在打擊過程中，滑塊到達設定的能量時，離合器脫開，滑塊靠慣性打擊，避免過載，回程時靠滑塊兩端的回程油缸將滑塊拖至上死點。該螺旋壓力機由于離合器壓力可調和滑塊行程可調，所以能夠輸出不同的打擊力。

1 滑塊回程系統回路

1.1 滑塊回程系統原理分析

滑塊回程系統回路由一個定排量外嚙合齒輪泵為系統提供動力源。如圖1 所示，NG16 插裝式溢流閥在手動控制時保證系統的最大壓力，提升滑塊到達上死點，在自動控制時，通過電磁閥的得失電，保證系統壓力能夠維持在一定的壓力范圍內。NG16 插裝式單向閥的作用，一是防止系統的壓力脈沖損傷齒輪泵，二是由于在滑塊下行時，油缸內的多余油液會壓進蓄能器，使得系統壓力增加，單向閥不能保證將高壓油通過NG16 溢流閥進行卸荷。NG32 插裝式換向閥通過電磁閥的得失電，使得高壓油能夠順利進入兩個油缸，該閥在設備正常工作時不得電。NG40 插裝式單向閥，當滑塊下行時，由于速度較快，大量的油液需要瞬間進入蓄能器，而大通徑電磁換向閥的增加剛好滿足這一需求。NG16 插裝式電磁換向閥為了使滑塊在手動控制時下行，油液通過該閥進行卸荷。NG25 插裝式溢流閥防止在滑塊下行時，因系統壓力過大而損壞系統，一般該溢流閥不打開，起過載保護作用。六通徑電磁換向閥，由于油缸和蓄能器內的液壓油不停地做功，溫度會不斷升高，高溫會使得密封失效漏油、滑閥閥芯卡滯等現象，該閥可通過控制面板進行設置，在工作某次數后將部分熱油排出，保證系統正常工作。

圖1 滑塊回程系統液壓原理

1.2 滑塊回程系統常見故障分析

1.2.1 滑塊在手動控制時無法到達上死點

系統動力單元為外嚙合齒輪泵，該油泵在正常工作狀態下，由于齒輪泵內部主被動齒輪徑向受力不平衡，會有一個掃膛現象，部分金屬鋁屑會進入液壓系統，在NG16 插裝式溢流閥頻繁結合過程中，油液不停地流過內部阻尼孔，金屬鋁屑會堵塞阻尼孔而導致系統壓力不穩定。該現象特別是在更換新的油泵后，較常見。

還有一個原因是齒輪泵內部磨損，由于齒輪泵端面有浮動側板，長時間使用高壓后，浮動側板表面會磨損，齒輪泵內泄漏嚴重，這種情況可以用手觸摸齒輪泵表面判斷，一般情況下，由于齒輪泵內泄漏嚴重，會導致齒輪泵長時間加載，泵體整體發燙較厲害。

1.2.2 滑塊在自動控制下無法到達下死點

該現象表現為手動控制時滑塊運行情況正常，而在自動控制時滑塊能夠到達下死點，但是速度較慢或直接無法到達下死點，造成該現象的主要原因有以下三點：

1）NG40 插裝式單向閥有卡滯現象，在工作時不能及時打開。該現象通過清洗閥塊即可排除。

2）蓄能器氮氣壓力不足。由于液壓系統蓄能器工作較頻繁，所以蓄能器氮氣充氣壓力為NG16 插裝式溢流閥設定壓力的70%～80%，防止蓄能器氣囊過早損壞。

3）蓄能器氣囊破裂，導致蓄能器徹底失效。該現象可通過用手觸摸回程缸蓄能器表面，看上下端面溫差大小進行確定，若上下端面溫差不大，可以斷定為蓄能器氣囊破裂所致。

1.2.3 滑塊在自動控制下無法到達上死點

1）油缸內泄會導致該現象的發生。判斷該故障，在手動狀態下，將滑塊落到下死點，打開油缸無桿腔的排氣閥，由于兩個回程缸為單作用油缸，液壓油只在有桿腔工作，只有少量的油液內泄至無桿腔。慢慢抬升滑塊，觀察排氣閥處油液的流出情況，若為大量流出，而且壓力較大，判斷為油缸內泄。

2）NG25 插裝式溢流閥壓力調至過小。過小的過載壓力在滑塊不工作時無法查看，當滑塊快速下降時，液壓油會通過該溢流閥流出，導致滑塊上升時動力不足。

3）蓄能器壓力不足，也會導致該現象的發生。

2 離合系統回路

2.1 離合系統原理分析

齒輪泵為系統提供動力源，如圖2 所示，電磁溢流閥保證系統壓力，電液比例減壓閥用于調節離合器工作時所需壓力，單向閥防止壓力脈沖對電液比例減壓閥的損傷。當離合器進油時，插裝式常閉電磁球閥打開，插裝式常開電磁球閥關閉，液壓油到達離合器油缸開始動作，達到程序設定時間后，插裝式常閉電磁球閥打開，系統停止向油缸供油。油缸由于插裝式常開電磁球閥未打開，系統不能泄壓，離合器仍處于結合狀態，直至滑塊到達設定程序后，插裝式常開電磁球閥打開，系統開始快速泄壓，一個程序動作結束。

圖2 離合系統液壓原理

2.2 離合系統常見故障分析

2.2.1 主機打擊無力

該故障一般是由于系統壓力不足所致，應逐步判斷是否是由于齒輪油泵磨損或電磁溢流閥卸荷所致，這兩個原因可通過液壓站系統壓力表是否在設定范圍進行確定。還有一個原因是電液比例減壓閥動作不靈敏，此時應將主機控制面板置于手動控制，同時將滑塊落至最低點，在電液比例減壓閥后端測壓點進行檢測，多次手動結合離合器通斷，觀察壓力是否在波動范圍內，一般最大壓力為0.2 MPa。否則就要清洗電液比例減壓閥閥芯，在清洗過程中，電液比例先導電磁鐵最容易出現卡滯現象。

2.2.2 主機打擊不穩定

導致主機打擊不穩定的原因有很多，該故障也是維修高能螺旋壓力機以來故障偏高的一種現象，對于液壓系統來說，主要有以下三點：一是電液比例減壓閥閥芯卡滯會導致主機不穩定，判斷方法如前面所述。二是要判斷插裝式常開電磁球閥的開閉情況，程序發出離合器脫開信號后，插裝式常開電磁球閥要能快速脫開，否則會導致打擊力不一樣，判斷該現象時主要檢查先導閥閥芯動作是否靈活。三是油缸出現內泄漏情況，這個現象一方面是觀察油缸四周是否有液壓油漏出，另一方面是用壓力表檢測，當在手動狀態離合器完全結合后，手動將插裝式常開電磁球閥關閉，觀察壓力表的保壓情況。

3 結語

由于在維修液壓系統過程中需要盡可能地減少液壓元件的拆卸，防止將更多的雜質帶入液壓系統中，從而間接地增加設備故障率，因此熟悉系統液壓原理對維修該類設備非常重要。同時本文也給維修該類設備的相關人員提供一定的判斷思路和維修經驗，減少設備的維修時間。