液压拉伸垫故障诊断分析

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摘要：冲压压力机液压拉伸垫设备（简称拉伸垫）属于典型的机电液一体化系统，其伺服液压系统故障较多，且存在隐蔽性、多样性、复杂性、交错性的特点，难于判断，导致维护维修工作上的困难。本文对某厂拉伸垫的压力故障、流量故障、拉伸垫编码器故障等三个方面进行相应的分析，为拉伸垫故障的快速诊断提供一种新的思路和方法。

关键词：液压拉伸垫；压力故障；流量故障

拉伸垫设备（以下简称拉伸垫）属于伺服控制的液压系统，其液压系统故障分为压力、流量和方向控制三类。由于拉伸垫在生产过程中属于被动建立工作压力，所涉及的方向类故障较少，因此本文重点介绍拉伸垫经常出现的压力和流量技术参数变化所引起的跟随距离过大、挤压力不足、系统压力不足、蓄能器压力不足等故障及诊断。

1压力故障

拉伸垫压力故障分为系统压力故障、挤压力故障和蓄能器压力故障，分析如下。

1.1拉伸垫系统压力故障

拉伸垫泵站由控制油泵、高压油泵、低压油泵、循环冷却泵组成。实际工作中，除开其它原因导致的泵启动条件不满足的情况外，系统压力故障主要有两种情况，液压泵损坏和泵出口控制阀损坏。液压泵或电机损坏直接导致系统无压力，这种故障查找也非常简单：启动液压泵检查电机和泵的运行状态，如果运行正常，泵体和进出油管温度与油箱温度接近，说明泵没有问题；如泵不能启动，即可排查电机控制电路的熔断器，如熔断器正常，即可检查电机绕组；若出现液压泵能够启动但超负载的现象，需要拆分电机和泵的连接，分别盘车，排查故障是电机还是泵的原因造成。液压拉伸垫泵站采用先导式溢流阀、换向阀和单向阀的组合，实现系统供油和泵无压循环功能，如图1所示：拉伸垫动作时系统压力开关监控到压力降低至最小工作压力，就会给出指令到控制溢流阀的换向阀；换向阀得电断开先导阀回油，溢流阀停止无压循环开始往系统供油；当系统压力达到最大工作压力后换向阀失电，系统开启无压循环，单向阀阻止系统油液回流。由于从供油至无压循环交替的过程中，单向阀也会跟随开启关闭动作，插装式单向阀关闭时如果进出口压差过大，阀芯关闭就会冲击阀体，可能导致阀体碎裂，泵出口油路与回油管直通。若拉伸垫设备在投入使用初期，可能会多次出现单向阀损坏使得系统压力不能建立故障，这就需要调低先导式溢流阀的开启压力即可解决这个问题。而溢流阀的压力调整可以根据压力切换时的状态来调整，可先将压力调高至单向阀关闭时到出现严重撞击阀体上限，再略微调低压力，直到单向阀柔和关闭为止。溢流阀压力调整太低则会导致系统达不到最高压力而一直供油，油液一直溢流回油箱的现象[1]。

1.2挤压力故障

拉伸垫的挤压力是依靠滑块压上拉伸垫而被动产生的压力，压力大小的控制由伺服阀来实现。常见的压力下超故障有缸体活塞密封泄漏、安全阀损坏、伺服阀损坏、预充油液不足等形式。首先挤压缸上行是依靠20bar的预充压力推动活塞杆跟随顶冠上行至上死点，由于在该过程中每个缸的压力和位置都没有监控，即使出现预充压力不足、活塞没有上行至上死点都不会故障报警，如图2所示。在冲压力下超故障出现以后，可以在操控面板的帮助界面查看挤压缸预充压力是否正常，排除预充压力是否合适以后，再排查伺服阀以及伺服阀控制模块。在长时间停机或者拉伸垫大修以后出现挤压力下超故障，应优先检查插装式安全阀。由于插装式安全阀控制油和系统油都是来自挤压缸的油，而正常情况下安全阀芯都不动作，阀芯活动间隙被油泥填充，在检修或者启动期间，如果安全阀芯被意外开启，复位弹簧将不能使阀芯复位。阀芯没有复位，挤压缸下腔的就不能建立起需要的压力，导致故障产生。

1.3拉伸垫蓄能器故障

拉伸垫蓄能器有皮囊蓄能器和活塞蓄能器两种，皮囊蓄能器又有低压油蓄能器、高压油蓄能器和控制油蓄能器。皮囊蓄能器出现损坏没有报警，在相关回路出现的故障现象与流量不足时，应该检查蓄能器是否正常，在判断蓄能器时需要确认氮气压力表是否损坏，特别是低压油蓄能器的氮气压力表，注意出现显示氮气压力正常，实际氮气压力为零的现象，见图2。压力表与蓄能器顶部的软管接头在皮囊损坏以后，油液进入接头，由于接头通径较小会导致软管堵塞，出现这种现象后更换完皮囊，充氮时显示压力已正常，实际氮气没有充入皮囊。需要在充气前可以先将蓄能器侧接头拆卸，待氮气畅通以后再接入充气。活塞式蓄能器用于举升缸预加速，在此期间如果蓄能器储油压力下降达到系统允许的最低压力就会报出蓄能器氮气压力不足故障。活塞式蓄能器不可避免的存在活塞密封老化损坏，蓄能器内部也会出现蹿油现象，油液进入氮气侧后，氮气侧空间体积逐渐缩小，最后不能满足需要的储存流量，故障就会出现，每2年对活塞式蓄能器氮气室进行一次排油是必要的维护措施。

2拉伸垫流量故障

拉伸垫的流量由计算机发出指令给伺服阀，通过改变伺服阀开口控制进、排油的流量，实现拉伸垫的速度及挤压力控制。一般拉伸垫的流量故障都与伺服控制系统和伺服阀有关[2]。

2.1拉伸垫上行故障

如图3所示，拉伸垫上行有两种回路。第一条回路用于脱模行程，由伺服阀YH19进油，回油经YH14、YH15安全阀流回油箱，如果两个安全阀存在故障不能开启或开启缓慢会导致回油故障，出现拉伸垫上行不动作或上行时报跟随距离过大故障提示。安全阀常见故障为换向阀损坏、先导阀板阻尼孔脱落、安全阀间的阻尼孔串动。排查该故障可以在拉伸垫操作界面手动开启YH19和YH14、YH15，观察SD4压力和安全阀阀芯位置监控判断故障原因。图3中，第二条回路用于拉伸垫快速上行。由YH19启动上行，YH9、YH10进油，回油经插装阀YH8后由伺服阀YH17控制上行速度。该回路常见故障为伺服阀YH17开口不准确，出现上行速度偏离设定轨迹，若超出5mm就报跟随距离过大警示。需要指出的是，回油插装阀控制的YH8出现故障没有开启，拉伸垫将不能够上行，插装阀芯位置监控的SE5在YH8接通后没有得到信号，伺服阀YH17不会有开口，但系统不会报故障。这是一个系统漏洞，因而在故障排查时需要特别注意监控SE5状态。

2.2拉伸垫下行故障

拉伸垫生产过程中的下行都是从预加速控制阀进油，从伺服阀YH18回油。同样需要注意的是，伺服阀前端YH12出现故障不能开启时，系统不会报出故障，于是回油压力会增高，达到举升缸下腔安全阀开启压力后，才从安全阀回油，这是（万家顿）拉伸垫的另一个漏洞。这种现象出现以后拉伸垫预加速和压力建立期间冲压噪音会很大，举升缸的排油不畅，增加了模具的挤压力，制件质量也会出现不稳定。如果出现上诉现象，可以利用SCOPEVIEW系统监控阀开口、拉伸垫位移、各部位压力等变化情况，判断故障原因，如图4所示。即使拉伸垫回路正常，但进油路YH9、YH10关闭不严也会导致预加速期间曲线异常，噪音增大。这是因为伺服阀按照理论计算的开口不能满足回油需求，会不断的调整开口，出现拉伸垫下行爬行的现象，拉伸垫运行至下死点以后由于下腔还是处于较高压力状态，滑块开始上行，拉伸垫会在下腔压力作用下跟随滑块上行一定距离。当上行超过5mm就会报拉伸垫跟随距离过大故障。

3编码器故障

拉伸垫编码器有滑块角度编码器、滑块实际位置编码、拉伸垫实际位置编码以及拉伸垫调整编码器等。拉伸垫实际位置编码器联轴器松动，或者传动系统间隙过大都会导致编码器采集到的位置与拉伸垫实际位置发生偏差，影响控制拉伸垫运行的伺服阀开口量，使伺服阀处在不断的调整状态，拉伸垫也出现爬行现象[3]。拉伸垫在试教行程过程中，滑块角度到达试教设定角度时，程序读取当前线型编码器的数值并记录下死点位置，通过模具数据给出的行程，计算出预加速开始控制的位置，改变主轴编码器角度的标定位置，从而可以改变预加速开始的位置，该方法可以优化预加速曲线异常的现象。总结：拉伸垫故障是多种多样的，不同的故障有不同的故障现象，需要根据具体故障现象分析故障类型（是属于压力类的故障还是流量类故障），再根据相关的应用控制回路，按照控制逻辑从易到难排查阀、传感器、编码器、液压缸等元件，采用液压故障常用的，比如截堵阀、假设验证法、互换法等有效解决故障的方法，就一定能排除故障。拉伸垫故障的排除方法还需要不断的总结归纳，随着对不同故障类型分析和排除，经验和方法掌握和积累，各类拉伸垫设备或系统中一系列的故障和排除问题就会迎刃而解。

参考文献：

[1]蔡喜.机械压力机中数控液压垫的应用与分析[J].一重技术,2011(4):32-34.

[2]李玉琳.液压元件与系统设计[M].北京：航空航天大学出版社,1989.

[3]李硕本.冲压工艺学[M].北京:机械工业出版社,1982.

作者：万志能 方安勇 单位：一汽大众汽车有限公司成都分公司