車輪車床液壓系統(tǒng)壓力自動控制設(shè)計

郭磊，祁智斌，蓋曉朋，張闊

中車石家莊車輛有限公司 河北石家莊 050000

1 序言

車輪車床是鐵路車輛轉(zhuǎn)向架生產(chǎn)的關(guān)鍵裝備，主要用于加工軌距為1435mm的貨車輪對的輪緣踏面，最大加工直徑為1100mm。車輪車床液壓系統(tǒng)的壓力在各液壓元件動作時波動較大。機(jī)床設(shè)計有機(jī)械式壓力繼電器，用來檢測頂尖、千斤頂?shù)纫簤涸幼魇欠竦轿唬珜φw系統(tǒng)壓力是否工作在正常范圍無檢測。車輪車床的液壓泵是液壓系統(tǒng)的動力來源，主要用于實現(xiàn)夾爪夾緊和放松、千斤頂上升和下降、定位測量裝置的伸出和縮回及主軸箱變速等動作。

將車輪車床的系統(tǒng)壓力控制在理想范圍內(nèi)可減少車輪車床的故障，避免車刀崩刀和夾爪片非正常損壞，節(jié)省車輪車床的刀桿、絲杠等配件和車刀、夾爪片等工具的采購費(fèi)用，還可消除故障維修過程中的人員工時浪費(fèi)，有效提高車輪的加工質(zhì)量。

2 車輪車床系統(tǒng)壓力存在的問題

車輪車床液壓系統(tǒng)的理想工作壓力在4.5～7.0MPa，如果系統(tǒng)壓力一旦不在正常范圍，會產(chǎn)生以下問題。

（1）車輪車床故障頻發(fā) 液壓系統(tǒng)壓力高于7MPa會造成液壓系統(tǒng)整體溫度升高，密封件頻繁損壞，系統(tǒng)漏油嚴(yán)重；還會造成液壓泵載荷過高，液壓電動機(jī)超載運(yùn)行，液壓泵和電動機(jī)損壞。如果系統(tǒng)壓力不足4.5MPa，夾爪夾緊不到位，加工過程會出現(xiàn)工件脫轉(zhuǎn)，造成崩刀和夾爪座、夾爪片、刀桿損壞，工件脫轉(zhuǎn)嚴(yán)重時會造成刀桿變形、絲杠損壞。

（2）配件成本增加 液壓系統(tǒng)壓力過高或者過低會造成車輪車床的刀桿、夾爪片、車刀和絲杠等部件損壞，需采購新配件進(jìn)行更換。

（3）維修周期較長 車輪車床絲杠、刀桿的采購成本較高，無備件儲備，需要臨時采購，采購周期較長，一般需要7～10d，絲杠結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修過程繁瑣，更換一次就需要4名維修工2d的時間。

據(jù)近幾年設(shè)備維修的故障原因統(tǒng)計，數(shù)控車輪車床70%的故障都是由系統(tǒng)壓力不穩(wěn)定造成的，因此控制好車輪車床的系統(tǒng)壓力不僅可以使設(shè)備保持良好的狀態(tài)，還可以節(jié)省配件和工具的采購費(fèi)用。

3 系統(tǒng)壓力控制設(shè)計思路

圖1 壓力變送器

1）改造車輪車床液壓系統(tǒng)油路，加裝壓力變送器接口，安裝壓力變送器（見圖1），將實時壓力信號轉(zhuǎn)換為4～20mA模擬量信號進(jìn)行采集。2）在車輪車床電氣控制柜內(nèi)加裝由三菱FX2N PLC、FX2AD模擬量模塊、SIN502E信號隔離器和24V開關(guān)電源組成的PLC外部電路（見圖2），將采集的壓力變送器輸出的實時壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。采集液壓泵控制繼電器15KA42的開關(guān)信號作為液壓系統(tǒng)運(yùn)行的監(jiān)視條件，用PLC輸出點(diǎn)Y0控制液壓泵繼電器15KM18工作。

圖2 PLC外部電路

圖3 PLC程序

3）根據(jù)控制要求編寫的PLC控制程序，如圖3所示。通過PLC實時監(jiān)測液壓系統(tǒng)壓力，根據(jù)車輪車床液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)，設(shè)置8s的液壓系統(tǒng)起動窗口時間，窗口期程序屏蔽壓力檢測，出窗口期后，一旦出現(xiàn)液壓系統(tǒng)壓力超出正常值范圍的情況，PLC會切斷液壓泵電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，暫停車輪車床加工過程并輸出報警，避免因設(shè)備帶病運(yùn)行而發(fā)生安全事故和設(shè)備故障。PLC輸出狀態(tài)指示燈Y003閃爍代表系統(tǒng)壓力低報警，PLC輸出狀態(tài)指示燈Y003、Y004同時閃爍表示系統(tǒng)壓力過高報警（見圖3c），方便維修人員對故障初期進(jìn)行判斷。

4 改造后的效果

改造后車輪車床系統(tǒng)壓力控制在4.5～7.0MPa的理想狀態(tài)，基本杜絕了因液壓系統(tǒng)壓力過高或過低而造成的故障。通過一段時間的使用，產(chǎn)生效益如下。

（1）保證質(zhì)量 改造后可以避免設(shè)備在正常系統(tǒng)壓力范圍外工作的情況發(fā)生，有效地保證了車輪的加工質(zhì)量。

（2）保證安全 可避免崩刀情況發(fā)生，保障車輪的加工過程安全。

（3）節(jié)約工具費(fèi)用 可減少更換夾爪片、車刀等部件的情況，減少工具的費(fèi)用支出。車輪車床所用1把車刀的費(fèi)用為160元，發(fā)生一次崩刀需同時更換2把車刀，共320元；夾爪片1個40元，發(fā)生一次車輪脫轉(zhuǎn)需要更換4個，共160元。改造前1臺車輪車床每月工具需花費(fèi)5000元，改造后可避免車刀和夾爪片非正常損壞，每月減少50%的工具費(fèi)用支出約2500元，一年共計3萬元。刀桿、絲杠等配件平均每年因故障更換一次，1個刀桿的采購價為15000元，1個絲杠的采購價格為5000元。1臺車輪車床每年可節(jié)省工具費(fèi)用和配件采購費(fèi)共5萬元。

5 結(jié)束語

液壓系統(tǒng)的壓力控制不僅適用于車輪車床，而且在對液壓系統(tǒng)壓力要求較高的同類設(shè)備中也可推廣。根據(jù)設(shè)備在使用中發(fā)現(xiàn)的問題，針對性地進(jìn)行改善，可以提高設(shè)備運(yùn)行可靠性，節(jié)約維修費(fèi)用，降低設(shè)備故障的停機(jī)時間，提高有效使用率，減少維修工作量。