賈亮亮 許 衛(wèi) 石曉東 張 熙

(太原重工股份有限公司軋鋼設(shè)備分公司軋鋼廠，山西030024)

大型數(shù)控機(jī)床是我國(guó)裝備制造業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，其工作性能和加工精度直接影響著企業(yè)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。目前，我國(guó)高端數(shù)控機(jī)床多數(shù)仍依賴進(jìn)口，并廣泛應(yīng)用于冶金、家電、汽車、航空等領(lǐng)域關(guān)鍵零部件的制造。數(shù)控機(jī)床是集機(jī)械、液壓、電氣、控制于一體的復(fù)雜系統(tǒng)，因此系統(tǒng)故障率相對(duì)較高，且多數(shù)故障將導(dǎo)致設(shè)備停機(jī)，若無(wú)法及時(shí)對(duì)故障進(jìn)行診斷和排除，將為企業(yè)帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)損失。

液壓系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分，主要負(fù)責(zé)主軸刀具夾緊與防松、主軸變檔、各軸夾緊、靜壓平衡等，因此，液壓系統(tǒng)的多數(shù)故障都將直接影響機(jī)床的正常工作，并對(duì)加工中零部件的尺寸精度造成不良影響。由于大型數(shù)控機(jī)床的液壓系統(tǒng)動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)較多，控制精度要求較高，因此系統(tǒng)組成異常復(fù)雜，且液壓元件安裝位置隱蔽，更加大了故障維修的難度[1-3]。另外，發(fā)生液壓系統(tǒng)故障前一般不會(huì)有明顯征兆，無(wú)法有效的預(yù)防，因此當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，對(duì)故障的排除時(shí)間要求顯得尤為緊迫。

1 液壓故障的診斷

近年來(lái)，液壓故障的排除理論和方法層出不窮，包括功能跟蹤篩選法、故障樹分析法、邏輯鏈分析法等。以上方法可對(duì)復(fù)雜液壓系統(tǒng)的事后故障進(jìn)行準(zhǔn)確分析，但缺點(diǎn)在于所需檢測(cè)設(shè)備和收集數(shù)據(jù)較多，分析時(shí)間長(zhǎng)，且理論性強(qiáng)，不便于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作。尤其是在數(shù)控機(jī)床液壓故障的搶修過(guò)程中，以上諸多方法顯得尤為繁瑣和不適合[4-5]。

結(jié)合多年的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)大型數(shù)控機(jī)床液壓故障的現(xiàn)場(chǎng)維修應(yīng)符合以下基本原則：

(1)液壓故障的現(xiàn)場(chǎng)搶修是降低停機(jī)損失的權(quán)宜之計(jì)，目的是用最短的維修時(shí)間和最少的工作量來(lái)恢復(fù)或部分恢復(fù)液壓系統(tǒng)功能，以保證在生產(chǎn)高峰期的設(shè)備穩(wěn)定。

(2)液壓故障的診斷和排除需綜合利用機(jī)械、電氣、液壓等各方面的技術(shù)，通過(guò)特殊操作、工裝等，以最快速度找到故障點(diǎn)。

2 機(jī)床故障的識(shí)別與處理

捷克HD200WD鏜銑床是太重軋鋼廠進(jìn)口安裝的大型關(guān)鍵設(shè)備，承擔(dān)著多種關(guān)鍵零部件的精加工任務(wù)。在某設(shè)備機(jī)架內(nèi)孔加工過(guò)程中，機(jī)床突然停機(jī)，主軸制動(dòng)，主軸箱平衡功能失效，運(yùn)動(dòng)中的刀具直接撞向工件加工表面，導(dǎo)致刀具損壞，零件扎刀，且損壞刀具無(wú)法拆卸。

故障發(fā)生后，在安全位置開機(jī)調(diào)試，但停機(jī)故障仍在幾分鐘后發(fā)生。電氣系統(tǒng)各動(dòng)作正常執(zhí)行，保護(hù)裝置完好，設(shè)備無(wú)異響，因此初步排除電氣和機(jī)械故障，由此判定為液壓系統(tǒng)故障。

檢查發(fā)現(xiàn)，主軸箱液壓系統(tǒng)的保壓狀態(tài)時(shí)間過(guò)短，油泵頻繁啟停，開機(jī)后油溫在1 h內(nèi)升至80℃，導(dǎo)致液壓油粘度降低，且系統(tǒng)工作壓力由正常工況下20 MPa快速降低至12 MPa以下，觸發(fā)主軸油壓保護(hù)機(jī)制。緊急更換備用油泵后，油溫升高問(wèn)題未能解決，因此分析可能是系統(tǒng)中其余各閥體的串流故障所致。

3 串流故障位置診斷

3.1 串流故障發(fā)生原因

液壓系統(tǒng)串流是指液壓回路中，部分位置的液壓油未按設(shè)計(jì)回路流通而進(jìn)入其它管路，引起相關(guān)液壓回路快速失壓或壓力波動(dòng)的故障。引起串流故障的原因包括兩類：

(1)液壓回路中的電磁換向閥、溢流閥、順序閥等閥體，即與壓力油路連接，又與回油或其它管路連接，因此當(dāng)閥體的電磁或液控單元出現(xiàn)故障，或控制信號(hào)發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，都可能使閥芯的實(shí)際位置發(fā)生錯(cuò)誤，并引起壓力油路、回油路或其它管路之間異常接通。

(2)當(dāng)閥芯磨損出現(xiàn)內(nèi)泄時(shí)，也會(huì)引起油路的異常連通。

3.2 傳統(tǒng)隔離法的應(yīng)用

尋找串流故障點(diǎn)的傳統(tǒng)方法包括隔離法、替換法等，其中隔離法尤其適合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)閥體故障的搶修。隔離法是指從液壓回路起始端開始，通過(guò)工裝壓板堵塞閥體等方式，使單個(gè)閥體依次與回路斷開，然后檢查回路的保壓情況，逐一排查，直至回路可正常保壓，說(shuō)明當(dāng)前堵塞的閥體內(nèi)部存在串流現(xiàn)象。

圖1為HD200WD鏜銑床主軸箱液壓系統(tǒng)原理圖，其中包括1處溢流閥、1處手動(dòng)截止閥及9處三位四通閥，閥體數(shù)量較多，若全部采用傳統(tǒng)隔離法進(jìn)行診斷，其缺點(diǎn)在于：

(1)對(duì)于具有多個(gè)液壓元件的回路，需對(duì)各閥體逐個(gè)排除，工作效率低。

(2)對(duì)于被檢測(cè)的每個(gè)閥體，都需要經(jīng)歷打壓和保壓兩個(gè)階段，浪費(fèi)大量時(shí)間、人力和物力，不利于成本節(jié)約。

(3)隔離法無(wú)法對(duì)閥體的具體故障原因進(jìn)行檢測(cè)。但是，在液壓系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，可通過(guò)隔離法快速地對(duì)故障頻發(fā)點(diǎn)進(jìn)行隔離檢測(cè)，排除或確認(rèn)故障頻發(fā)點(diǎn)的實(shí)際工況，然后再配合其它方法對(duì)其余各閥體進(jìn)行檢測(cè)。

圖1 HD200WD鏜銑床主軸箱液壓系統(tǒng)原理圖Figure 1 Principle diagram of hydraulic system for headstock of HD200WD boring and milling machine

經(jīng)研究，決定首先采用隔離法對(duì)溢流閥、手動(dòng)截止閥進(jìn)行檢測(cè)，然后再利用其它方法對(duì)9處三位四通閥進(jìn)行檢測(cè)。針對(duì)溢流閥、手動(dòng)截止閥的油口分布尺寸，制作了專用的壓板工裝，分別堵塞相應(yīng)回路進(jìn)行檢測(cè)，保壓1 h后，壓力為18 MPa，無(wú)顯著下降，因此可排除溢流閥和手動(dòng)截止閥的故障。

3.3 三位四通閥檢測(cè)方法創(chuàng)新

針對(duì)隔離法存在的問(wèn)題，決定對(duì)所有的三位四通閥進(jìn)行拆卸檢測(cè)，傳統(tǒng)操作方法是將閥體拆下來(lái)，把閥芯人為手動(dòng)推到中間位置，然后依次向各油口內(nèi)注油，隔一段時(shí)間后觀察其液面是否下降，由此來(lái)判斷其是否泄漏。該方法為不帶壓檢測(cè)，因此準(zhǔn)確性差。對(duì)此，設(shè)計(jì)了三位四通閥專用檢測(cè)工裝。

該檢測(cè)工裝由手動(dòng)液壓泵、帶測(cè)壓表的專用檢測(cè)閥體以及DC24V控制電源組成。帶測(cè)壓表的專用檢測(cè)閥體如圖2所示。手動(dòng)泵直接接在檢測(cè)閥體的進(jìn)油口，進(jìn)油口與檢測(cè)閥體的P′口相通。檢測(cè)閥體上一側(cè)端面上的P′、T′、A′、B′四個(gè)口分別對(duì)接被測(cè)電磁閥的P、T、A、B口，兩者之間螺栓連接；檢測(cè)閥體上的出油口與T′口相連，A′口與測(cè)壓表1相連，B′口與測(cè)壓表2相連。由手動(dòng)泵給檢測(cè)閥體供油，用DC24V控制電源分別給被測(cè)閥體左右電磁鐵供電。

圖2 三位四通閥專用檢測(cè)閥體

圖3 檢測(cè)原理簡(jiǎn)圖

檢測(cè)原理簡(jiǎn)圖如圖3所示，該套工裝的使用方法如下：

(1)當(dāng)左側(cè)電磁鐵得電時(shí)，手動(dòng)泵將液壓油由P′口注入被測(cè)電磁閥的B腔和檢測(cè)閥塊的B′腔，則2號(hào)測(cè)壓表可顯示以上兩腔的壓力；當(dāng)左側(cè)電磁鐵失電時(shí)，閥芯處于截止位，正常情況下，表2仍可保持壓力，這時(shí)可根據(jù)表2顯示壓力是否有變化，來(lái)判斷電磁閥B腔是否有串流。

(2)當(dāng)右側(cè)電磁鐵得電時(shí)，電磁閥的B腔和檢測(cè)閥塊的B′腔與檢測(cè)閥塊的T′口接通，則以上兩腔液壓油從回油口排出，表2壓力值回零；此時(shí)，開動(dòng)手動(dòng)泵，可將液壓油由P′口注入被測(cè)電磁閥的A腔和檢測(cè)閥塊的A′腔，則1號(hào)測(cè)壓表可顯示以上兩腔的壓力；當(dāng)右側(cè)電磁鐵失電時(shí)，閥芯處于截止位，正常情況下，表1仍可保持壓力，這時(shí)可根據(jù)表1顯示壓力是否有變化來(lái)判斷電磁閥A腔是否有串流。

4 應(yīng)用效果

在大型數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)串流故障的檢測(cè)中，使用以上檢測(cè)裝置可更加直觀、科學(xué)地對(duì)各處三位四通電磁閥的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，并由此判斷閥體當(dāng)前狀態(tài)是否滿足使用要求。該檢測(cè)方法比傳統(tǒng)隔離法的檢測(cè)速度提高約70%，檢測(cè)準(zhǔn)確度更高，且節(jié)約了工裝壓板的制作費(fèi)用，提高了經(jīng)濟(jì)效益。