C1563立式车床液压系统改造后故障原因分析及处理
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编者按
C1563立式车床工作台和主轴箱液压系统改造后运行不稳定，对其频发故障的现象进行研究分析，并提出合理的解决方案。
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序言
C1563立式车床于1959年由苏联引进，已使用60余年，其工作台和主轴箱液压系统老化，主轴箱换挡和工作台承重换挡失效，液压备件无法采购。为恢复机床正常使用性能，对其液压系统进行重新设计改造。经改造后液压系统基本恢复功能，但运行不稳定，故障频发，现就故障进行分析研究和总结，以供液压系统设计和维修人员参考。
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主轴箱掉挡故障
在C1563立式车床液压改造后的调试过程中，主轴挡位频繁失效，检查发现挡位位置检测开关失电，说明换挡液压缸位置发生变化。此主轴箱共有4个机械挡位，通过液压力推动两个竖直放置的液压缸活塞实现换挡。重新设计的主轴箱液压系统原理如图1所示。
图1 主轴箱液压系统原理
通过主轴箱液压系统原理可以看出，液压油从液压泵出来后，经过溢流阀、过滤器、三位换向阀、液压锁和单向节流阀进入液压缸。由于液压缸为竖直放置，因而活塞在上挡位时就需要系统保压，避免活塞由于重力脱离挡位，此液压系统通过三位换向阀的中位机能和液压锁进行保压。由图1可知，当换挡结束后换向阀迅速失电，恢复O型中位机能，换向阀瞬间切断油路，造成换向阀与液压锁之间仍然存在压力油，液压锁仍在开启状态，这就直接导致液压缸的泄漏。由于液压缸已使用多年，不排除内泄可能，所以应在液压系统中设置蓄能器，对液压缸进行保压，从而确保活塞位置可靠。
综上分析，对液压系统进行了如下修正。
1）将换向阀更换为Y型中位机能，当完成换挡转换为中位机能时，回油管路液压油通过中位卸荷，压力为零，从而保证液压锁功能可靠。换向阀O型和Y型中位机能对比如图2所示。
a）O型中位机能 b）Y型中位机能
图2 换向阀O型和Y型中位机能对比
2）在液压缸处设置蓄能器，在挡位运行期间进行补压，确保换挡位置可靠。
3）电控系统增加反馈，当液压缸压力检测开关检测到油压低于设定值后，换向阀得电进行补压。
通过采取以上措施，机床主轴换挡再未出现类似故障，运行稳定。
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工作台运行不平稳故障
改造后机床在加工试件（环形试件）的平面时平面度超差，表面粗糙度质量较改造前差。发现此故障后对机床工作台的轴向圆跳动进行了检测，轴向圆跳动值为0.07mm，高于改造前的轴向圆跳动值0.02mm。随后对工作台静压做了全面检查，系统压力和流量与改造前一致（因缺少原始资料，改造数据只能参考改造前系统状态），工作台实际静压浮起量与改造前基本一致且均匀（四点检测）。改造后的工作台液压原理如图3所示。
图3 工作台液压原理
从图3中可以发现，除工作台环形静压腔供油外，还有一路“中心负荷”供油，此路油压为1MPa，作用为将工作台中心活塞顶起。
根据工作台中心活塞受力面积估算，1MPa系统压力可对工件产生约20t辅助卸荷。而加工试件为环形试件，且质量约为30t，20t辅助卸荷在工作台旋转运动时必然会造成浮起不稳定，从而导致试件平面加工精度超差。后与操作人员核实，原液压系统虽具备中心负载功能，但此油路的液压泵改造前多年未工作运行。
找到故障原因后，重新对工作台液压系统进行修正，取消原中心负荷油路溢流阀，增加一组叠加阀，如图4所示。
图4 中心负荷液压系统修正
当工作台承载工件质量较小或为环形工件时（负载主要作用在工作台环形导轨面上），图4中换向阀失电，处于卸荷状态，中心负荷油路通过换向阀直接卸荷，工件仅通过工作台环形导轨静压油浮起；当工件为实心工件，且质量为50～100t时，换向阀左侧电磁铁得电，液压油通过下方调整至1MPa的溢流阀溢流，中心负荷液压油压力为1MPa，相当于20t辅助卸荷；当工件质量＞100t时（最大承载120t工件），换向阀左侧电磁铁得电的同时两位两通电磁阀得电，液压油通过上方2MPa的溢流阀溢流，中心负荷相当于40t辅助卸荷。
通过实践证明，重新修正的液压系统在不同质量工件加工过程中功能稳定，运行良好。
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结束语
在机床设备的液压系统改造过程中，必须明确液压系统所需实现的全部功能，且要充分考虑机械系统老化和重新改造后所产生的系统变化等因素，改造后发生故障要逐步查找故障原因，制定完善的整改计划解决故障。