压力机液压系统存在问题的分析及改进

江代祥

(广西柳工机械股份有限公司 广西柳州545007)

公司装配工位的一台轴承压装压力机在使用过程中一直存在电机容易升温和控制开关频繁跳闸停机的故障，停机后必须等待电机冷却后重新打开控制开关才能重新工作，这一问题的存在影响了生产节拍和生产进度，急需解决和处理，以保证生产能够顺利进行。

1 工位工作内容介绍

该轴承压装工位主要用于主动螺旋齿轮轴承组件上两个背对背圆柱滚子轴承压装（轴承组件结构示意图如图1所示），放入轴向间隙调整轴套后使用压力机把轴承压装到位后，压力机停留模拟装配完毕后轴向定位预紧[1]，人工转动轴承组件测量旋转力矩，确认轴承松紧程度符合预紧要求后，松开压力机压头，完成压装动作。

图1 轴承组件结构示意图

详细工作过程工艺流程如下：放“轴承2”内圈至主动螺旋齿轮轴上→使用轴承压装工装压装下“轴承2”→放置轴承套组件→放入轴套→放置上“轴承1”→使用压装工装压紧“轴承1”→保持压力机压紧状态→使用手动测力计测轴承转动力矩→松开压力机→取下选垫好的组件待装配（若未选到合适轴套，更换不同规格轴套，继续重复操作）。以上就是压力工位操作的过程及压力机工作过程。

2 压力机液压系统分析

一般情况下液压系统发热原因很多：（1）系统清洁度不够，有污染物进入液压系统造成系统元件磨损，油液从高压腔泄到低压腔造成油温升高；（2）液压油的类型、粘度选择不合理；（3）系统长时间处于高压和超压工作状态，造成内部泄漏量大，泄漏高压油的能量转化为热能造成液压系统温升[2]；（4）工作负载过大，长时间工作；（5）液压元件严重磨损[3]；（6）油箱容积小，散热不好等。下面我们针对主要一些原因结合实际进行分析和检查。

2.1 压力机液压系统

压力机液压系统主要部件：电机、泵、二位四通电磁换向阀、三位四通电磁换向阀、溢流阀、双作用油缸、液控单向阀等主要部件组成。系统原理如图2所示。

电机带动齿轮泵提供液压能，二位四通电磁阀控制出口液压油通断，由1YA电磁铁控制，三位四通电磁换向阀控制油缸上升或下行，由2YA、3YA两个电磁铁分别控制，液压控单向阀用于行程范围内任意位置停止及保压，两个溢流阀1、2分别用于整个液压系统压力和工作部分压力的控制。

图2 压力机液压原理图

2.2 液压系统清洁度检查

液压油单位体积中固体颗粒污染物的含量多少称为“清洁度”，可分别以重量或颗粒数来表示。固体颗粒与液压元件表面相互作用产生的磨损与表面疲劳可加速元件的磨损，使内泄漏增加，破坏系统正常运行[4]。 一般情况下40 μm以上的颗粒肉眼可见，如果对于压力机液压系统要求不高，可以肉眼观察，发现油液浑浊或颜色变化再进行理化检测。首先打开油箱堵头放出底部液压油，观察油液中是否存在铁屑等杂质颗粒物，油液清澈透明，没有明显杂质，油液也没有发黑等现象；另外对油缸进行动作检查，2个方向控制阀动作灵敏，如果不灵敏说明阀内部有杂质，造成阀卡顿和运动不灵活，由此判断液压清洁度有没有问题，没有必要进一步对油液进行固体颗粒物理检测，排除清洁度的问题。

2.3 液压油类型选择

根据设备使用情况，压力机为室内设备，设备出厂使用的压力≤14 MPa，正常工作温度＜50℃，推荐使用L-HL32级以上的液压油，按照推荐型号选择液压油，而且确认油的清洁度，排除油品类型选择错误的问题。

2.4 液压系统分析

除以上油液问题，还有对液压系统控制动作、工作负载及泄漏等方面进行分析：

1)系统动作分析

液压系统控制，主要有三个：泵启动、下压动作、上升动作。泵启动主要是接通电机电源，电机旋转带动泵吸油；下压动作控制三位四通电磁铁2YA，阀右位动作，油缸上腔进油，下腔回油，油缸下压；上升动作控制三位四通电磁铁3YA，阀左位动作，油缸下腔进油，推开液控单向阀，上腔回油，完成上升动作。了解主要动作过程后，启动电机实际操作过程观察看看动作过程情况，启动电机后，电机带动泵吸油，发现最靠近泵出油口的溢流阀1有压力，说明处于负载状态，但此时油缸并没有进行工作，按照液压系统常识，有负载才能建立压力。再进一步观察发现二位四通电磁阀电磁铁1YA上吸合灯是亮的，说明此时该阀处于右位工作状态，因为液压系统在没有动作时阀应该处于中位回油状态，才能起到节能和防止系统发热作用。这应该是发热一个原因之一，这个问题有两个可能的原因：（1）设计时把电机启动与二位四通电磁阀设计在一个开关上，电机启动阀右位工作；（2）安装时把二位四通电磁阀接错到启动电机开关上。除了这个问题外可能还有其他问题引起，还需要对工作负载是否超过电机和泵功率的问题进行分析，防止漏掉其他问题。

2)电机功率和泵功率分析

为确定泵消耗的功率是否超过电机功率，需要验算实际消耗功率大小，以确定是否存在超载问题。

电机功率验算主要与泵实际工作压力、实际转速流量及泵的总效率有关，因此采用如下公式计算：

式中：PP为泵实际工作压力（MPa）；按照之前溢流阀2调整压力10 MPa(油缸额定压力14MPa，溢流阀1调定压力14 MPa没有超过最大压力值，如果系统短时间过载达到14 MPa，一般不会存在问题，因此以工作压力进行测算)，压装力度满足要求，确定为实际工作压力；qvp为泵的流量（m3/s）；泵额定排量14 ml/r，转速1420 r/min（设备上提供的数值）；泵流量=排量×转速=19.88 L/min；ηp为液压泵的总效率。

参照机械设计手册齿轮泵总效率0.6～0.7，取=0.65，则：

设备电机额定功率3.7kW＜5.10 kW，说明在实际工作状态下，电机功率不足。这也是电机发热引起电器跳闸的原因之一。

3） 液压系统泄漏分析

泄漏会导致系统工作压力下降、执行元件动作失常，甚至不能工作。泄漏分为外泄和内泄。外泄一般可以通过外观检查确定，故障也比较容易处理。内泄外观检查不行，只能通过检测才能确定是否泄漏或泄漏程度，比较实用的检测是应用简单的原位检测仪或使用简单的试验判读液压元件是否泄漏[5]。

液压泄漏是容易引起系统发热的原因，对于外泄漏，需对液压系统各部件观察、触摸的方式进行检查，系统接头、泵、管路无渗油，没有其他的异常现象，说明没有外泄漏。对于内泄漏采用简单试验的方法，在不同压力下检测泵和阀压力摆振幅度确定，对泵和阀进行简单压力试验观察，启动泵让“溢流阀1”在右位工作状态下，分别在5 MPa、10 MPa压力下进行检测，在两个压力情况下进行动作压力摆振不超过±0.5 MPa（从压力表读数），泵和阀没有异常响声、异常温升，也没有异常振动，因此排除泵和阀内泄漏的问题。

经过以上分析，确认电机发烫和频繁跳闸主要是电机过载及电磁阀控制不合理造成。因此，针对以上问题提出了以下的改进方案。

3 压力机液压系统的改进

3.1 液压系统控制改进

针对二位四通电磁阀电磁铁1YA在泵启动时同时吸合问题，对电磁阀的控制顺序进行改进：把二位四通电磁阀控制改接到三位四通电磁阀下压（2YA）和上升（3YA）两个电磁阀开关上。这样在泵启动后，二位四通电磁阀在左位工作，油回油箱系统没有负载，1YA处于断电状态；按下压或上升开关时1YA和2YA（或3YA）电磁铁通电，系统遇到负载建立压力，压力大小跟油缸负载大小有关，油缸在“溢流阀2”的调定压力以下正常工作，当油缸压到轴承，处于停止保压状态时，松开下压开关，1YA、2YA两个阀电磁铁断电，液控单向阀锁止，系统只有油缸保压，泵空转处于卸荷状态,液压油回油箱，不会出现之前在电机启动尚未工作就处于“溢流阀1”溢流状态或油缸压住轴承不动时“溢流阀2”的溢流状态从而引起系统发热的现象。

3.2 电机功率不足的改进

根据系统工作负载的验算发现电机功率需要5.1kW，但电机额定功率才3.7kW，功率明显不足，电机一直在超负荷状态下工作，这也是系统过热频繁跳闸的另外一个原因。因此，根据系统实际需要选用额定功率为5.5 kW（＞5.1 kW）的同类型电机，满足系统对于电机功率的要求。

3.3 液压系统控制优化

除了以上改进外，我们分析了原来的液压系统，发现液压系统稍显复杂和冗余，可以通过系统优化，满足原来系统要求的同时，可以使得系统元件减少，使系统控制更加的简洁。可以使用一个中位机能为M型的三位四通电磁换向阀替换二位四通电磁阀和三位四通电磁阀，系统只保留其中一个溢流阀，该阀既可以做系统安全阀，同时可以做系统工作时的溢流阀，详细方案如图3所示。

图3 压力机液压系统优化

4 结语

经过对压力机的工作过程及液压系统进行了分析找到了产生电机发烫和电器开关跳闸的根本原因，通过计算分析及对液压系统方向控制阀的控制进行改进，简化了液压系统，保证了压力机的正常运转，不再出现电机发烫和电器开关跳闸问题，解决了设备故障，保证了工序能够按照正常节拍进行生产。