曲軸淬火機(jī)控制系統(tǒng)分析與故障處理

　　淬火變壓器托架動(dòng)作原理：曲軸水平放置于機(jī)床夾具里，由夾具頭架驅(qū)動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)。在變壓器上安放相應(yīng)的感應(yīng)器（有三種感應(yīng)器），夾緊感應(yīng)器，變壓器托架下降，使感應(yīng)器落在相應(yīng)的軸頸上，啟動(dòng)加熱，同時(shí)曲軸旋轉(zhuǎn)。此時(shí)，變壓器托架處于隨動(dòng)狀態(tài)。加熱時(shí)間到，感應(yīng)器升起，機(jī)床夾具驅(qū)動(dòng)這個(gè)工位翻轉(zhuǎn)至淬火液面下進(jìn)行淬火。由單軸數(shù)控驅(qū)動(dòng)變壓器托架水平向右移動(dòng)，加熱工位移到下一個(gè)位置。一組桿頸或軸頸淬完以后，更換相應(yīng)感應(yīng)器。最后一個(gè)位置淬完以后變壓器托架回到零位。

    一、變壓器托架電液比例控制系統(tǒng)

　　1．變壓器托架電液比例閉環(huán)控制系統(tǒng)
　　如圖2所示，5/3V一P/Q比例伺服閥型號(hào)為0811 402 106（德國Bosch公司產(chǎn)），該閥將流量控制和壓力控制結(jié)合于一個(gè)閥中。P₁→A和P₂→B的流量撒于滑閥的開度。泵采用RACINE公司的PSV一PNSO一20HRM一52變量葉片泵，變壓器托架油缸壓力由壓力傳感器檢測(cè)。壓力傳感器的信號(hào)送往電子壓力控制器（P/Q控制器）。該控制器將實(shí)際的壓力值與設(shè)定的壓力值進(jìn)行比較，如果前者小于后者，則指令閥打開（P₁→A），反之則指令閥回流（A→T）。變壓器托架電液比例閉環(huán)控制系統(tǒng)原理圖見圖3，其框圖見圖4。
　　德國Bosch公司推出的高性能的用于閉環(huán)控制的比例伺服閥，是一種連續(xù)作用的電液控制閥。由于采用了高響應(yīng)直流比例電磁鐵和相應(yīng)的放大器，含內(nèi)置位置檢測(cè)電子裝置和反饋閉環(huán)，采用零開口四邊滑閥，其輸出穩(wěn)態(tài)特性中無中位死區(qū)。
　　圖2中的壓力傳感器，型號(hào)為0811 405 537。元件由不銹鋼鍍膜（彈性材料）薄層電阻應(yīng)變片組成，采用全橋電路，帶溫度補(bǔ)償集成電路與壓力成正比的輸出電壓信號(hào)（1～6V），零點(diǎn)和靈敏度由制造商精確調(diào)整好。
 

　　 安裝時(shí)要注意使傳感器盡可能靠近被測(cè)點(diǎn)，盡可能垂直安裝，插頭朝下以使閉死容積自動(dòng)排氣。

2．P/Q放大器控制比例伺服閥的控制機(jī)理（圖3、圖4）  

　　5/3V一P/Q比例伺服閥使用的P/Q放大器，它包括一塊母板和一塊子板。母板是一塊含有位置反饋控制的比例閥放大器。子板即 P/Q控制器，是個(gè)選配件。子板插在母板上，P/Q放大器作為一個(gè)信號(hào)組合單元使用。該單元對(duì)閉環(huán)控制回路中的壓力和流量進(jìn)行控制。輸入?yún)?shù)是壓力P和流量Q的給定信號(hào)，而反饋值則是實(shí)際壓力和閥芯的實(shí)際位置。
　　 比例閥放大器和P/Q控制器組合的功能如下：當(dāng)P_給定＞P_反饋時(shí)，作為流量控制器，即壓力控制不起作用；當(dāng)P_給定＜P_反饋時(shí)，作為壓力調(diào)節(jié)器，并以一限幅器形式對(duì)給定Q進(jìn)行疊加，此時(shí)子板傳送P/Q的混合信號(hào)到母板，一旦到達(dá)給定壓力，限幅器就會(huì)根據(jù)實(shí)際的監(jiān)控壓力控制閥芯位移的輸入信號(hào)，以使P_給定一P_反饋=0。
　　當(dāng)P_給定＞P_反饋或壓力控制器關(guān)閉后，閥芯位置就與Q給定值相對(duì)應(yīng)。Q給定值范圍為U_E=0～士10V。為了實(shí)施有效的壓力調(diào)節(jié)，光給定P不行，還必須給定Q，一般U_E＝十10V（最大值）。
　　TOCCO淬火機(jī)淬火變壓器托架動(dòng)作過程中有三種工作壓力：上升時(shí)的壓力4. 8MPa、下降時(shí)的壓力4.4MPa、感應(yīng)器加熱曲軸時(shí)的平衡（隨動(dòng)）壓力3.3MPa。三種工作壓力由三個(gè)對(duì)應(yīng)的指令電位器設(shè)定給定值。上升壓力給定值（電位器1設(shè)定值）為4.34V；下降壓力給定值（電位器2設(shè)定值）為3.35V；平衡壓力給定值（電位器3設(shè)定值）為1.68V數(shù)值通過手動(dòng)預(yù)置設(shè)定，運(yùn)行時(shí)由PLC程序選通。

    二、控制系統(tǒng)存在的主要問題及故障處理方法

　　由于控制系統(tǒng)液壓元件及電氣元器件老化，機(jī)床一度動(dòng)利異常，出現(xiàn)在曲軸加熱或淬火工作過程中，淬火變壓器托架油擊壓力不穩(wěn)定，上下無規(guī)律運(yùn)動(dòng)而無法淬火，有時(shí)又在工作時(shí)失去反應(yīng)，導(dǎo)致感應(yīng)器損壞。

　　1．液壓系統(tǒng)壓力干涉
　　感應(yīng)器裝入變壓器內(nèi)夾緊油缸進(jìn)行夾緊動(dòng)作時(shí)，變壓器手架瞬間下降后又上升。由于感應(yīng)器夾緊油缸控制回路與變壓Q油缸控制回路共用一個(gè)油源（見圖2），當(dāng)夾緊油缸動(dòng)作時(shí)，油么壓力瞬間大幅下降，造成比例伺服進(jìn)口瞬間失壓過大，比例伺月閥來不及關(guān)閉，從而產(chǎn)生變壓器托架瞬間下降故障。
　　在系統(tǒng)中加一個(gè)單向閥（A—ROD一F原系統(tǒng)中無此閥），解決了原系統(tǒng)中用液控單詞向閥來防止由油源突然失壓過大而產(chǎn)生的壓力干涉問題。

　　2．系統(tǒng)壓力不穩(wěn)定
　　液壓系統(tǒng)工作過程中，圖2中油源壓力表指針不停地?cái)[動(dòng)，同時(shí)變壓器托架也跟隨振動(dòng)。由于油箱油溫不高，故油泵內(nèi)泄不大，配油盤沒有問題，只有油泵的調(diào)壓器閥芯錐面磨損，造成系統(tǒng)壓力有規(guī)律地振動(dòng)。
　　拆開油泵調(diào)壓器，上磨床修磨調(diào)壓閥芯，消除閥芯錐面磨損溝槽，故障現(xiàn)象消除。

　　3．變壓器油缸壓力不穩(wěn)定
　　按下降鈕，使變壓器托架向下動(dòng)作。托架在下降過程中，有時(shí)降到一半或降到下位停不了多長時(shí)間就向上運(yùn)動(dòng)，有時(shí)停在中間，有時(shí)停在上位不動(dòng)，突然又向下運(yùn)動(dòng)。造成這種現(xiàn)象，最有可能的原因是P/Q放大器的輸入部分出了故障。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)：電位器組的選通元件出了故障，繼電器插頭與插座之間松動(dòng)，接觸不良，造成P/Q放大器的輸入指令不穩(wěn)定，更新三套繼電器及插座，故障消除：現(xiàn)已采用EAS、系列小型PLC：來選通比例伺服閥的設(shè)定電壓值，動(dòng)作更可靠。

　　4．變壓器托架抖動(dòng)
　　曲軸在加熱過程中，變壓器托架上下無規(guī)律地振動(dòng)，有時(shí)油缸失壓較大，導(dǎo)致感應(yīng)器損壞。參見圖3，造成這一現(xiàn)象，最有可能的原因有兩種：①比例放大器受到干擾；②系統(tǒng)反饋元件（即壓力傳感器）出了故障。經(jīng)仔細(xì)排查（測(cè)量指令電位器設(shè)定值、比例放大器輸入值及壓力傳感器反饋值），發(fā)現(xiàn)壓力P給定信號(hào)至P/Q放大器箱之間的信號(hào)線，由于老化及受到加熱系統(tǒng)供電線路的干擾，造成輸入P/Q放大器的信號(hào)失真及不穩(wěn)定；又由于液壓油含水量較高，壓力傳感器受損，造成反饋信號(hào)不正常，與壓力給定值疊加后再輸入P/Q放大器，從而引發(fā)故障。
　　更換信號(hào)線、壓力傳感器及液壓油；將電控柜與P/Q放大器箱之間的信號(hào)線穿在鐵管內(nèi)，使信號(hào)線屏蔽，提高抗干擾能力實(shí)施后，故障消除，系統(tǒng)穩(wěn)定工作。

    三、小結(jié)

　　1．5/3V一P/Q比例伺服閥將流量控制和壓力控制結(jié)合于一個(gè)閥中，可以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)壓力控制和開環(huán)流量控制。實(shí)現(xiàn)閉環(huán)壓力控制時(shí)，為了實(shí)施有效的壓力調(diào)節(jié)，不但要給定P值，還必須給定Q值。選用比例放大器時(shí)，一定要選配一個(gè)子板，即選配一個(gè)合適的P/Q控制器。而實(shí)現(xiàn)流量控制時(shí)，則不需配用P/Q控制器。
　　2．在電液比例控制系統(tǒng)中，一定要注意信號(hào)線的有效屏蔽保護(hù)，只有這樣才能使系統(tǒng)正常工作。同時(shí)要注意液壓油源的壓力穩(wěn)定性，壓力波動(dòng)不能太大，否則系統(tǒng)不能正常工作。比例放大器的輸入端信號(hào)控制，最好采用可編程序控制器（PLC）控制，而不使用傳統(tǒng)的繼電器控制器。這樣，系統(tǒng)長期工作穩(wěn)定性會(huì)大幅提高。
　　3．傳感器安裝時(shí)盡可能靠近被測(cè)點(diǎn)，并注意安裝方向，以便快速、準(zhǔn)確地取得測(cè)量值。