卧式轮轴压装机液压及控制系统改造

刘 捷 蒋士博 方 婷

(四川工程职业技术学院，四川 德阳 618000)

卧式轮轴压装机，广泛应用于轴孔类零部件过盈配合的压装和拆卸工作，铁路机车、冶金设备、电机制造等行业的装配和维修作业中较多采用。

该设备的结构特点为:前梁、活动横梁、后梁均采用焊接结构，前梁、活动梁和两个支柱组成一个封闭力系，刚性好。机身采用铸钢件，确保设备不变形。液压系统压力可调，行程可调。

某钢铁公司机修分厂有一台上世纪70 年代老式卧式轮轴压装机，公称压力为2 500 kN，最大工作压力32 MPa，在冶金设备修理中拆卸和压装零部件。虽经30 多年的使用，因工作量小，其机架横梁等机械部分保持得相当完好，但其电气部分已严重老化。2008 年以后，该厂与电修分厂合并，大量从事冶金用电机的生产装配工作。该机的液压系统因设计缺陷，已不能满足要求，急需对该机液压系统和电气控制系统进行改造。

1 原液压系统工作原理及问题［1-2］

(1)工作原理

原液压系统工作原理如图1 所示。全手动操作。

按下油泵启动按钮，油泵电动机得电，柱塞泵和叶片泵同时启动。当所需压装部件装到位后，按下压装按钮，电磁换向阀1YA 和4YA 得电，柱塞缸进油，柱塞推动压装封头向右运行，将所需装配的零件缓慢压入或将所需拆卸的零件缓慢压出。压装完成后，按下回位按钮，电磁线圈1YA 和4YA 失电，2YA 和3YA 得电，上下两个活塞缸右腔进油，活塞杆将压装封头收回，到位后，按下停止按钮，压装机停机。

(2)主要问题

①油泵无卸荷。按下油泵启动按钮后，无论压装机是否工作，油泵电动机都处于满负荷工作状态，导致电动机、油泵、液压元件等使用寿命缩短;油温温升过大，加大了系统泄漏;功率损失过大，导致不必要的能源浪费。

②执行元件无快进。当被压装的部件空行程较小时，执行元件无快进是可以的。但当部件是扁平件而较薄时，空行程较大，空行程所需时间较长，有效工作时间较短，生产效率大幅下降。同时，因柱塞泵流量较小(10 mL/r)，柱塞缸运行的速度本身就较慢，使这一问题被放大。

③液压冲击较大。当压装机压装完成需回程时，按下回位按钮。此时，液压系统还保持原高压状态，当电磁线圈1YA 和4YA 失电，2YA 和3YA 得电时，高压油液瞬时卸载，对系统产生较大的液压冲击。原液压系统没有设计减震缓冲装置，系统的震动较大，对系统和元件产生较大的破坏作用，同时也增大了系统泄漏。

④系统保压设计有欠缺。压装机在压装部件时，需有一个保压过程。原液压系统采用换向阀的O 型中位机能来实现。压装机工作压力较高(最大工作压力可达32 MPa)，在保压时，这一高压始终作用在换向阀阀芯上，阀芯与阀体内孔有间隙，油液的泄漏较严重，大大降低了换向阀的保压能力。

⑤液压油易污染。原油箱没封闭，处于开放状态，空气中的杂质和车间粉尘易进入油箱，污染油液。同时系统又没有过滤器，更容易使被污染的油液进入液压系统，加速了元件的磨损，使系统内泄漏更严重。

⑥操作不规范。因压装机使用时间较少，保养和操作都很不规范。如溢流阀的压力调节旋钮被工人随意盲目调节，经常导致压装机不能正常工作。

2 液压系统的改造设计［3-5］

根据用户的要求，以及针对原液压系统的缺陷，同时结合压装机的实际结构，对液压系统作了如图2 的改造设计。

设计说明:

(1)实现了快进工进。压装封头的快进快退由两个辅助活塞缸实现。当压装封头由初始位开始运行时，有一段空行程，需快进。此时两活塞缸左腔进油，推动压装封头和柱塞右行。柱塞缸内腔形成真空度，产生负压，液控单向阀打开，油箱内的油液吸入柱塞腔，使柱塞腔内充满油液。当压装封头碰到快进转工进行程开关时，柱塞缸左腔进油，因柱塞缸空腔较大，实现柱塞工作进给。

(2)实现了系统的可靠保压。当系统需保压时，换向阀处于中位，由两个单向阀将柱塞缸内的油液封闭，油液将阀芯紧紧压在阀孔锥面上，实现了较好的密封保压功能。

(3)减小了液压冲击。柱塞缸快退的瞬间，为了减小系统的冲击压力，在活塞缸的回油路上安装有一个节流阀，通过调节节流阀的开口度，使活塞缸回油路产生适当的背压，使柱塞不致后退得过快，可减小液压冲击和爬行。快退瞬时柱塞腔内的油压较高，液控单向阀的开启压力相应也较高，导致液控单向阀只能较缓慢地开启，能较大幅度地减小系统的液压冲击。另外，当保压结束时，由定时器控制使液控单向阀提前打开，柱塞腔先放油预卸荷，两秒种后活塞缸才进油，保证压装机平稳后退，减小液压冲击。

(4)系统具有卸荷功能。液压系统在启动状态，或者在保压状态，先导式溢流阀的远程控制油口通过二位二通电磁换向阀接回油箱，此时溢流阀处于卸荷状态，油泵电动机空转，达到了保护液压元件和节能降耗的目的。

(5)油液能较长时间保持洁净。液压站实行了封闭式设计，同时在液压泵的进油口安装有过滤器，保持油液能较长时间保持清洁干净。

表1 压装机自动控制工作循环及对应的PLC I/O元件表

3 电气控制系统PLC 改造设计［6-7］

原压装机工作对象基本都是单台套的冶金设备部件的压装，控制系统是手动操作模式。

而现在面临的工作对象是批量生产的电动机零部件的压装，为提高工作效率，大多数时间应是自动控制模式。

根据压装机实际工作情况，PLC 选用三菱公司的FX1s-30MR。系统工作循环及与PLC 对应的输入输出元件如表1 所示。手动时只有启动、前进、后退、停止4 种状态。前进按钮是SB2，元件动作情况对应自动控制的工进步，后退按钮是SB3(X4)，元件动作情况与自动控制后退相同。手动自动控制由转换开关SQ4 -1(X11)、SQ4 -2(X10)实现。

液压系统PLC 控制梯形图如图3 所示。

4 结语

本次压装机的改造是根据某厂的实际生产情况需要，针对该设备的缺陷，以及利用新的控制技术，对液压系统和电气控制系统作了适当改造。

从使用的效果看，达到了改造要求，满足了生产需要。因有手动和自动两种模式，既可批量生产，也可单件作业。调节行程开关的位置，可压装不同的产品。调节定时器的时间，可对系统保压和预卸荷时间作适当调整。

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