数控液压折弯机工进无压力故障处理

阿明哥哥资料区 2022-06-05 发布于上海

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编者按

通过对数控液压折弯机的液压系统进行分析，对工进无压力等故障的可能原因进行梳理，介绍充液阀工作原理，并对改造方法的优缺点进行论证。

1 序言

数控液压折弯机主要用于工件的折弯加工，由机架、滑块、工作台、液压缸、液压比例伺服系统、位置检测系统、数控系统和电气系统组装而成。该折弯机在空载速度、工作速度和回程速度工况下，始终能保持滑块的位置同步（与工作台平行），并能在行程终点处实现高精度的定位。因此广泛用于汽车、造船、集装箱、工程机械、建筑机构、金属结构、灯杆及电力杆等行业的构件折弯加工。

2 故障描述

数控液压折弯机（见图1）运行时，滑块在数控系统和液压伺服系统的控制下，完成一次行程需要经过以下6个阶段：快速下行、减速下行、压料并保压、卸压、快速上行以及停止在上死点。本文为分析方便，将6个阶段合为3个阶段，即快进、工进及快速回程（快退）。

图1　数控液压折弯机

该折弯机在工作中出现的故障现象是：滑块可快速下行，但在压料时压力明显不足，无法完成折弯作业。

3 液压系统概述

系统液压原理如图2所示，电磁阀动作顺序见表1。

图2 系统液压原理

1—充液阀　2—比例伺服阀　3—溢流阀　4—插装阀1　5—比例溢流阀　6—插装阀2　7—滤油装置　8—液压泵

表1　电磁阀动作顺序

（1）滑块快速下行（快进）　4Y5（交叉）、4Y3得电，液压缸下腔的油液很快经插装阀1、比例伺服阀回到油箱，同时失去支撑滑块所需要的油压。滑块的自重带动活塞快速下降，液压缸上腔瞬间形成负压，“吸开”充液阀，大量油液由油箱经充液阀进入液压缸上腔，滑块快速向下运行^[1]。

（2）工进加压　当滑块下行至转换点后，4Y3失电，插装阀关闭，液压缸下腔的油经溢流阀产生压力，使滑块不能自由下落。此时1Y1得电，使比例溢流阀建立系统压力，1Y2得电，充液阀关闭，油液经比例伺服阀进入液压缸上腔，迫使滑块向下运动，完成压料动作。

（3）滑块快速回程（快退）　4Y3得电，插装阀1开启，4Y5得电（直通），此时油泵输出的油经比例伺服阀、插装阀1进入液压缸下腔，且1Y1保持得电，比例溢流阀继续建立压力。同时，1Y2失电，充液阀在控制油路压力作用下开启，液压缸上腔的油液经充液阀（大量）快速回到油箱，滑块完成快速回程动作。

4 故障分析与排查

根据故障现象，分析液压系统原理图可知，折弯机工进无压力，推测故障原因如下。

1）压力控制阀组中比例溢流阀的1Y1电磁铁未得电，此时比例溢流阀为普通溢流阀，系统不能建立起足够的压力。

2）压力控制阀组中插装阀2的锥孔磨损或密封失效等，阀口未关闭，导致系统建压时，油液经过该插装阀口，直接回到油箱，系统无压力。

3）充液阀阀口不能正常关闭、阀芯损坏或密封失效[2]，液压缸上腔经充液阀内腔与油箱互通，折弯机工进时，油液从液压缸上腔经充液阀直接回到油箱，导致压力不足。

根据从简到难逐一排除法，故障点排除过程如下。

1）检查压力控制阀组中的比例溢流阀是否正常得电。折弯机工进状态下检查该比例溢流阀，触头1Y1灯亮，且比例溢流阀正常动作，排除比例溢流阀故障。

2）检查压力控制阀组的插装阀2。拆卸插装阀2，检查锥孔磨损情况，并清洗阀芯后重新安装，折弯机工进仍压力不足，可暂时排除插装阀故障。

3）检查充液阀控制油路电磁换向阀。折弯机工进时，该电磁换向阀处于关闭状态，指令充液阀关闭，电磁换向阀无异常。

4）检查充液阀。拆卸充液阀，发现充液阀阀端部锁紧螺栓松动脱落，先导阀芯损坏（见图3），导致先导阀口处于常开状态，充液阀无法紧闭，至此发现故障原因。

图3　先导阀芯损坏情况

5 故障处理

5.1 充液阀工作原理

充液阀（见图4、图5）常用于液压缸与油箱之间的吸排油，通流性大，排量为800L/min，其工作原理如下。

图4　充液阀结构示意

1—锁紧螺栓1　2—弹簧1　3—先导阀芯　4—顶杆　5—主阀芯　6—主阀芯阀体　7—弹簧2　8—弹簧座　9—弹簧3　10—锁紧螺栓2　11—充液阀阀体　12—滑体　13—端盖

图5　冲液阀实物

（1）滑块快速下行状态　滑块的自重带动活塞快速下行时，液压缸上腔容积变化率大于油泵流量，液压缸上腔产生负压，克服弹簧2的弹簧力，主阀芯下移，充液阀主阀芯直接被吸开，油箱油液经充液阀进入液压缸上腔。

（2）滑块快速上行状态　控制油路压力作用在滑体上，并克服弹簧3的弹簧力，使滑体顶开顶杆，先导阀芯下移，先导阀口开启，液压缸上腔油液经先导阀口进入充液阀内腔与油箱连通，液压缸上腔压力降低，滑体进一步作用在主阀芯上，克服弹簧2的弹簧力，顶开主阀芯阀口，大量油液从液压缸上腔经充液阀流回油箱[3]。

因充液阀的端部锁紧螺栓1松动脱落，先导阀芯也随之掉落，在液压缸活塞上下快速移动的过程中，被活塞与缸体挤坏，导致先导阀口处于常开状态。滑块工进压料时，油液经液压泵进入液压缸上腔，建立压力，但因先导阀口开启，油液经先导阀口流回油箱，所以造成一定程度的卸荷，导致折弯机压料时压力不足（即无压力）。

5.2 故障处理过程

（1）定制采购充液阀　因先导阀采用活塞环密封，与阀体配合精度要求高，机械加工工艺要求较高，且无图样，无法准确测量其尺寸，自行制作难度大，以致无法修复，且该设备为国外进口设备，后又经国内大修厂家进行改造，故只能向大修厂家定制采购充液阀。充液阀到货后发现，充液阀阀体与折弯机安装接口不匹配。为尽快恢复设备，决定采用将新购充液阀主阀芯安装在旧充液阀阀体的方式进行修复。但新购阀芯与旧充液阀阀体并非完全匹配，安装完成后，在滑块回程时充液阀无法正常打开。折弯机在工作时出现的新问题为：可快速下行并加压，但无法快速回程。

（2）确定改造方案　再次拆卸并解体充液阀，经测量发现新、旧阀体主阀芯的轴径尺寸完全吻合，可确认组装充液阀的密封性能良好，但滑体在行程最大位置处仍无法接触到顶杆，导致先导阀口无法开启。

解决方案为加长先导阀杆或者加长滑体，使滑体在行程范围内可以推动先导阀顶杆、顶开主阀芯。因滑体与充液阀体之间存在配合关系，故滑体表面需做精磨处理，保证表面粗糙度，工艺要求较高。相比之下，加长先导阀顶杆较为简单、可靠。

（3）先导阀顶杆尺寸测量　顶杆尺寸确定原则：因滑块上方左右两个充液阀的控制油路压力相同，弹簧的弹性系数一致，故顶杆改造完成后，需保证滑体在初始位置（即控制油路无压力，滑体端面与充液阀端盖相接触）时，两充液阀滑体底部与顶杆之间的间隙相同，即滑体的动作准备距离相同，两充液阀可同时开启，从而保证滑块在上行过程中两端保持同步运行。经测量（测量方法与下述方法相同），无故障充液阀的滑体动作准备距离为t=4mm。

1）先导阀顶杆需加长的尺寸x计算。测量端盖、阀体接触面到顶杆的距离X1、端盖深度X2和滑体总长X3（见图6～图8），各测量数据间的函数关系为：X1+X2=X3+x+t。由图9顶杆加长尺寸关系可得，先导阀顶杆需加长的尺寸为：x=66+30－74－4=18（mm）。