大型机床液压系统故障探讨与对策

1、大型机床液压系统故障探讨与对策张顺廷 马文忠辽宁省葫芦岛市龙港区岛里 葫芦岛滨海水电大件制造有限责任公司 邮编125004摘要 本文介绍了目前国内大型机床CK53160G数控立车及T6925/1镗铣床的液压系统常见故障，分析了故障原因，进行了有益的探索并采取了成功的治理措施。关键词 大型机床 液压系统 故障分析 治理措施引言葫芦岛滨海水电大件制造有限责任公司CK53160G型单臂数控立车（简称16m立车）和T6925/1数显落地镗铣床（简称250镗铣床）是公司主干加工设备,属部管关键设备,两台设备均由武汉重型机床厂制造。1990年安装并投入使用，先后为盐滩、五强溪、莲花、三峡等水电站的转轮、下

2、机架等大件的加工起到了不可代替的作用，创造了可喜的经济效益。由于这两台设备属于重、大、稀、全类型设备，保证它们良好的运行状态，非传统的机械传动所能保证，必须有完备的液压系统，即静压技术、液压自动控制技术、润滑技术的强有力支持。几年来,本人与维修工人一起结合现场运转实践，对两台设备的液压系统进行了深入细致的研究，对液压系统频发的故障现象进行了有益探讨，并对影响机床运行的关键部位液压故障采取了有效的整治措施,收到了良好的治理效果。现介绍如下：一16m数控立车1立柱移动导轨静压系统故障整治故障现象：调整加工工件直径或卸活需要移动立柱时，启动立柱移动油泵站后，油泵发出刺耳的尖叫噪声，油管剧烈颤震，立柱

3、移不动，持续时间长时（3min以上）往往震裂油管造成油喷。据统计，近年来每年大约震裂油管不下5次，而且越是在冬季，故障越是严重，此种故障长期以来已成为困扰机修工人的一个头疼问题。故障原因的分析与探讨：从静压形成的机理及流体力学理论分析，产生油泵尖叫噪声和油管震裂是由于液压冲击和空穴现象造成的，即油泵在启动的瞬间，进油管内吸空，油液跟不上，造成局部真空，进而又使管内油液因流速突变产生气泡（空穴现象），及后来的压力冲击，从而产生巨大的噪声和振动。这种压力峰值有时会大到足以使液压组件破坏的地步，故会使油管崩裂。而在冬季，由于温度降低，油夜流动更差，更会加剧如上吸空及压力突变，从而更加深了故障发生的频

4、度。现场实物观察发现原设计油泵的摆放位置因实际空间零件限制存在如下问题：（1）油泵与油池相对位置高度差过大，油池在床身导轨下外侧，油泵则安装立柱内滑座板上，高度差超过1m，易造成停用时对进油管内液压油全部泄回油池。（2）吸油管受立柱内滑座板、隔筋板等限制，从泵端至油池转过三个90°角，从而增加了压力损失及加长了油管长度。（3）进油管太细（10）增加了吸油阻力。采用的整改措施：根据以上分析结合现场实际情况采用如下措施，在油泵的吸油口与初级滤油器之间增设一单向阀，解决因泵与油池相对高度差过大，停用期间泄油问题，清除液压冲击及空穴现象。如图1-1所示：这里单向阀的选择要考虑两个因素：一是流

5、量参数，要与油泵相匹配；二是开启压力，理论上越小越好，以便减小压力损失。基于以上两点，我们选择了I100单向阀。其基本上参数为：流量10L/min，开启压力0.01MPa。更换吸油管，改善管路布局。将原10铜管改换成24镀锌管，扩大了流通口径，同时改变原布管的三次转角。片面追求工艺安装效果而造成的沿程压力损失过大及管线冗长的弊病，结合现场实际，通过开钻过管孔，追求最短路径，尽量避免转角，实在避免不了也要忌用硬弯，采用小曲率缓弯。根据上述原则思路，我们实施了技术改造。经设计、制作、安装到调试，达到了预期效果，从而解决了立柱移动油泵刺耳尖叫噪声及油管颤振以致崩裂的问题。2横梁接油盘严重漏油，回油堵

6、塞的整治故障现象：机床停止运转后，横梁接油盘因回油溢满而泄漏；回油孔常因油垢等杂物淤堵，以上现象在冬季尤为严重。故障原因分析：产生泄漏的原因主要有三点：（1）、接油盘盛油容积过小；（2）、回油管过细，且位置不佳；（3）、回油泵与机床总电源同步设计上考虑欠周。如图1-2所示：接油盘是整个横梁系统回油的集散地，这里除润滑回油外，滑座静压及“卸荷梁”静压，刀杆静压等均汇集在这里经回油管由泵抽回油箱。每分钟回油大约6L，接油盘长11m，高度只有60cm，容积显然不足。回油管焊在接油盘下面，直径15，入油口又无下凹度，造成流速缓慢，因接油盘裸露于空气中，车间工作环境恶劣，灰尘弥漫，油垢杂物等又及易堵塞入

7、油口，造成堵塞。回油泵电源与机床电源同步控制，造成机床电源关闭后，回油泵也断电，此时大量的回油仍旧源源不断的汇集到接油盘，因此造成溢满泄露。采取措施：根据以上分析，采取如下两点改进措施。如图1-3所示：（1）在原接油盘右端下面增设储油箱。储油箱体积为2500×1000×800(mm),回油管25并焊在离箱底高50mm侧面上。新增油箱有如下好处：a.解决了原接油盘容量不足，即使停车20min也不至于溢满泄漏；b.回油管焊在离箱底高50mm侧面上,得以使油垢沉积于箱底面不至于淤堵回油管,从而也改善了回油泵的吸油质量。(2)增设浮球液面控制器,实现回油自动控制。 原设计回油控制与

8、机床同步，没有考虑到回油系统的滞后性，而且机床工作期间不管回油量变化油泵始终运转，也不尽科学。新增油箱后有了油储存，给油泵自动启闭创造了条件。经分析选择了UOK-02型浮球液位控制器，把它装配到储油箱上，调节浮球的位置，即可实现回油自动控制。当到达或高于设定油面时，油泵启动；低于此油面时，油泵自动停止。从而保证了油面绝无溢出可能，又实现了油泵经济运转。 以上两项措施的实施，较好的解决了16m数控立车横梁接油盘严重漏油问题，收到了良好效果。二250镗铣床1床身漏油的治理机床安装投入使用后，随着时间的推移，发现床身周围基础上有油渗出，而且近年来呈日益严重之势。开始以为是周边油槽泄漏，经油槽检修后过

9、一段时间观察，仍就未根除漏油毛病。后经现场查找，图纸分析，终于发现了“漏源”在床身地脚螺栓盖板密封处。如图2-1所示，此图是机床横断面剖视图。从图中看出，中路地脚螺栓上方（即机床床身纵向）为回油油道，靠密封盖挡住油，不让油渗到地基面上。如今油顺着地脚螺栓渗漏到地基面上，问题就出在密封盖O型橡胶密封圈上。从图2-2（M放大图）中分析。图中所示，此种密封为径向密封，靠密封盖与本体间的径向顶力压迫O型密封圈，使O型密封圈径向贴紧形变，而达到密封效果，今仍发生泄漏，说明O型圈选择不当或因损坏所致。实际检修发现，所有的O型圈沿边缘都有不同程度的缺损，即被剪掉的缺痕，是什么原因造成此后果呢？请看图2-3（

10、O型圈剪力图）由图中可知，当安装密封盖时，必然施加力P，在密封盖与本体的共同作用下，O型圈上产生了大小相等，方向相反的剪力Qz和-Qz，从机械配合的类型看，密封配合此种选择为180H10/h10，其最大间隙为0.36mm，而O形密封圈圈体直径为6， 故剪力的作用就如同剪刀剪切一样。因此安装地脚螺栓密封盖时O型圈受到剪切伤害是不可避免的，由此可见，当初选择O型密封圈径向密封方式漏油问题，必须改变密封方式。为此，决定改变原O型圈的径向密封为轴向密封。见图2-4（O型圈的轴向密封）。按此方案到现场测绘了压盖的实际尺寸，重新选择了O型密封圈，因实际位置限制，压盖的外形及紧固螺栓的位置都作了非常规的形式

11、，制作工艺比较麻烦。此项工作经设计制作、安装后，实际效果很好，从而解决了几年来床身严重漏油的问题。2立柱行走爬行，晃动的静压调整。 故障现象及检测：近年来，250镗铣床在实际运转过程中，经常出现立柱行走爬行、晃动，盘铣平面时则加工刀纹不均，加工工件达不到粗糙度要求，此时伴随着电流指示波动，严重时甚至出现卡阻现象。经实际检测，用百分表打出立柱四角浮起量如下：（单位：mm）见图2-5立柱浮起量最大为0.14mm，最小量为-0.01毫m。最大差值为0.15mm。根据静压理论，静压间隙（即浮浮起量）应在0.02-0.03mm之间，差值最大为0.2mm。显然250镗铣床立柱四角浮起量不一，且差值过大，因

12、而造成了立柱倾斜，使立柱行走时发生爬行、晃动以至于卡阻，问题就出在静压系统上。 机理分析及调整： 如图2-6“立柱静压分析系统图”所示，a.b.c.d.e.f.g.h.i为立柱各静压点，出厂时已调整好。各点对应值如表1：（单位：MPa）abceefghi0.060.081.071.60.20.180.310.490.42 表1 出厂时调定值将“油分离器”上节流阀各对应口安装上压力表（出厂调整后封堵，未装表）。检查各静压点压力值，发现各点压力值与原表规定有差异。调节各节流阀阀芯，有的反映迟钝，有的根本调不到位。分析原因可能因车间环境恶劣，灰尘弥漫，久而久之造成油污染使节流孔堵塞，为此采取如下两条

13、措施：1、拆卸油分配器，疏通各油路（孔），清洗各节流阀（芯）。2、换油，清洗油池，清洗各滤油器。 实践证明，采取如上措施十分有效，清洗过程中果然发现了淤堵油污。 完成清洗后仍按前四角打表法，依据上表各点规定值调定，但调到各点规定值时，立柱四角浮起量仍达不到一致的要求，其最小浮起量为0.012mm 或0.01mm。这种结果表明机床的现状，内在参数都与出厂时发生了变化，纠其原因，机床经过数年的使用，原始条件发生了变化。例如：导轨的磨损，柱内配重的偏移等都会对各静压点产生微妙的影响。在这种情况下，出厂时标定的各静压点静压值已经失去了意义，必须进行适度修正。我们采用逐步逼近试验法进行各点的反复调整。使之立柱四角尽量达到平衡一致，然而关联效应十分严重，很难达到理想状态。最后，经反复调整，找到了目前所能达到的最佳点，其四角浮起量及值如图2-7 abceefghi0.060.100.220.401.000.600.400.401.63表2 调整后立柱各静压点值（单位：MPa）这个结果仍达不到静压要求