1 引言
KSP320磨床主要用于冶金系统小型轧辊的加工,该轧辊磨床机构的主要动作是由液压驱动的。其中,工作台横移系统中的横移油缸是驱动磨床工作平台轴向的往复平移运动。某厂的KSP320磨床是90年代从日本进口的设备,在使用多年后,磨床工作平台的横移移动速度出现明显下降,轧辊加工时间显著增加,严重影响了机床的工作效率。
2 工作台横移液压系统工作原理故障分析
磨床进给液压系统如图1所示。当换向阀6的电磁铁不得电时,工作台横移离合器油缸17动作,此时,液控换向阀9换向,工作台横移油缸保持静止状态。当换向阀6电磁铁得电时,压力油通过节流阀10进入行程换向阀11,通过单向节流阀14、15控制液控换向阀实现换向动作,液控换向阀16控制油缸18实现驱动工作台横向平移运动。油缸18带动工作平台动作行程终点时,工作台上的撞铁撞到并扳动驱动杆,使行程阀11换向。在换向阀6得电时,工作台能自动进行往复横移运动。而油缸的运动速度可通过节流阀12、13进行调节。
该系统工作多年后,出现了油缸横移速度明显下降,无法满足加工要求的故障。导致油缸动作缓慢的原因是多方面的,泵、阀、油缸出现问题时都有可能导致油缸运动速度降低。首先,油缸18是双出杆油缸,油缸活塞是采用活塞环进行密封,通过对油缸进行试验检测,油缸工作状态良好,将另一台工作状态良好的磨床上得控制阀组替换本磨床上的阀组,发现油缸动作速度明显加快。对控制阀组(11、12、13、14、15、16)进行测试,发现该阀组中的行程换向阀11和换向阀16因使用时间较长,内泄漏严重,泵输出的压力油大部分从阀内泄回油箱,只有少部分的油液进入油缸18中,流量不足,导致油缸18的运动速度明显降低。
要排除该故障,必须要更换新的行程阀11和液控换向阀16。但是,该KSP320设备是成套设备,行程阀11和液控换向阀16是由厂家依据设备需要专门设计加工的,是非标元件。现在已经无法买到该行程阀和液控换向阀。
3 工作台液压横移系统改造
为了消除工作台横移速度降低的故障,恢复设备的功能要求,只能重新对工作台横移液压系统进行改造设计。选用当前行业上标准液压元件,搭建回路,实现工作台横移的功能要求。通过对磨床工作台的工况分析,以及原设备的动作要求,重新对工作台横移液压回路进行设计,如图2所示[1]。改造后液压系统的相关工作参数是:电机功率2.2kW,最大工作压力3MPa,流量15L/min,油箱容积是360L。
当换向阀6的电磁铁不得电时,工作台横移离合器油缸16动作,此时,液控换向阀9换向,工作台横移油缸17两个工作油腔压力相同,油缸16保持静止状态。当换向阀6电磁铁得电时,压力油通过节流阀10进入行程换向阀11,通过单向节流阀12、13控制液控换向阀14实现换向动作,泵输出的压力油通过阀14、15进入油缸一腔,油缸另一腔油通过阀15、14回油箱,液控换向阀14控制油缸17实现驱动工作台横向平移运动。油缸17带动工作平台动作行程终点时,工作台上的撞铁撞到并扳动驱动杆,使行程阀11换向。周而复始,在换向阀6得电的状态下,工作台自动实现左右往复横移运动。而油缸的运动速度可由双单向节流阀15进行调节。
4 液压系统监控设计
为了提高设备可操作性,整台设备采用集中机旁操作控制。控制中心采用德国西门子S7-200CPU系列的可编程序逻辑控制器。为方便对设备进行监控,控制系统设置了参数设定、状态监测等功能,并通过操作平面显示出来。在液压系统操作界面上显示有:油箱液位报警(极低、较低、较高)、油温报警(低温)、加热状态、电机工作状态。
作为对工作平台动作控制的液压系统,考虑设备实际使用的工况,在油箱上设置有监控液位的液位继电器,设有极低、较低、较高三个限位点;监控油箱中油液温度的温度继电器,设有2个温度限点。这些信号监控信号接入PLC的开关量输入点,当相关信号接通时,在操作平台画面上会有相关故障提示,并控制相关继电器状态改变。
PLC在系统中主要用于实现数据处理、设备控制等功能[2]。对于液压系统的控制,PLC程序要实现以下动作控制及信号处理:1)电机5的启动、停止;2)电磁换向阀6的得电、断电;3)液位监控:a)液位到达极低限位,液位继电器的极低限位点发出信号,PLC获取信号,控制电机5停止运转,并在监控画面上显示极低液位报警,提醒操作人员给油箱加油;b)液位到达较低限位,液位继电器的较低限位点发出信号,PLC获取信号,在监控画面上显示低液位报警,提醒操作人员给油箱加油,此时,电机5仍可以保持运转;c)在给油箱进行加油的过程中,当液位到达较高限位,液位继电器的较高限位点发出信号,PLC获取信号,在监控画面上显示高液位报警,提醒操作人员停止给油箱继续加油,防止油箱中加油过多;4)油温监控:液压系统油温有工作要求,不能过高、也不能过低,考虑到设备是间歇式工作,实际工作时油温不会很高,所以不设置对高温的监控;但是冬天的环境温度较低,所以,设置对油温的低温监控,当油箱中油液的温度低于15℃,温度继电器发出低温信号,PLC获取信号,发出控制信号,控制油箱加热器通电,对油箱中的油温进行加热;当温度达到30℃时,温度继电器再次发出信号给PLC,PLC控制油箱加热器停止加热;当油箱油温低于15℃时,PLC控制禁止启动系统电机。
5 结束语
整个工作台平移液压系统改造设计,具有特点:1)泵采用VICKERS的PVB型泵,阀件采用标准的Rexroth系列液压元件[3],解决了元件损坏没有替代品的问题;2)改造后的系统回路能够完成原设备要求的功能动作,工作台可实现自动往复运动,工作台换向动作时间可以调节控制;3)工作台横移运动速度可根据实际加工需要进行调节控制;4)改造后的系统结构紧凑,与原阀组相比较,占用空间变化较小,对机床整体结构影响不大。改造后的系统投入使用,完全满足了磨床设备的功能要求。
参考文献:
[1] 陈奎生.液压与气压传动[M].武汉理工大学出版社,2001.
[2] 廖常初主编.大中型PLC应用教程[M].北京:机械工业出版社,2004.
[3] Rexroth阀元件样本[Z].2005.
作者简介:李远慧(1975-)女,讲师,研究方向:机电液一体化系统设计与仿真、智能控制。