自由鍛造油壓機液壓系統故障診斷與維修
2026-05-19
康恒森
（寶鈦集團有限公司）
近年來不同規格的自由鍛造油壓機，在我國各地的冶金工業等領域中廣泛運用，設備的相關運維管理工作也在隨之升級。但結合實際調研可以發現，部分工作人員在油壓機的液壓系統運行管理方面仍存在欠缺，導致液壓系統頻繁出現故障和隱患，對設備及生產造成嚴重影響。為改變這一現狀，本文圍繞自由鍛造油壓機液壓系統的故障診斷與維修工作具體展開研究。
1 自由鍛造油壓機液壓系統構成
1.1進液與回程控制閥塊
自由鍛造油壓機液壓系統中，主缸進液閥塊屬于主要的控制閥塊零件，由集成化的比例流量控制閥構成。油壓機運行時，液壓系統加壓后可以通過該流量控制閥，充分保障壓機主缸安全穩定運行，并且可以提升主缸的卸壓速度。同時液壓系統中包含回程缸控制閥塊，該類型的控制閥塊可以對回程缸的進排液情況實行精準管控，也可以在壓機運行時為其活動部分提供必要的背壓。
1.2充液系統
液壓系統中的充液系統主要由緩沖罐、充液罐、充液閥塊等構成，其中充液罐在壓機迅速下降時，可以通過充液閥向主缸補充油液，防止主缸在快速下降過程中下，出現吸空等不良的現象。緩沖罐通常位于充液罐和充液閥塊之間，能夠將充排液流緩沖，并且緩沖罐具有管控充排液量的應用優點，如果充排液數量較多時，緩沖罐可以實現大流量平穩充排液。
1.3主控閥站
在自由鍛造油壓機的液壓系統中，主控閥站主要由不同的控制閥塊共同組成，這些閥塊通常在距離執行油缸、壓機、壓機旁地下室較近的位置安裝，壓機運行時能夠有效減小所產生的沖擊振動[1]。并且還能夠對壓機中高壓液體的壓縮體積和高壓管路的長度等參數科學合理管控，壓機的動作會更加平穩，防范運行安全隱患。
泵控液壓系統工作原理
1、2—主液壓泵；3—液壓缸；4—充液泵；5—泄壓閥
2 常見的液壓動作異常故障舉例分析
在某案例中，液壓系統實際運行過程中，出現了壓力頻繁波動的故障情況，導致液壓動作異常。具體表現為，系統壓力在設定值附近上下波動，波動幅度達到±13%，且波動頻率較高，每分鐘8-10次。這種不穩定的壓力狀況導致鍛造胚料的尺寸和形狀難以控制，嚴重影響了生產效率和產品質量。
在該故障的處理中，工作人員第一時間檢查液壓系統是否存在異常狀況，同時觀察壓力表指針的波動情況，記錄波動幅度和頻率。之后檢查油箱油位，發現油位正常，無異常下降現象。最后對液壓泵出油口、液壓缸進出油口等關鍵位置的壓力仔細檢查，測量具體的參數值。
檢查后工作人員將詳細記錄的參數值與設定值、波動范圍進行了對比分析，如表1所示。
從表格中可以看出，實際壓力值與正常值存在較大的偏差，這嚴重影響了液壓系統的穩定性。在此基礎上，分析壓力波動數據，發現壓力波動呈現周期性，與液壓泵的工作頻率有關。初步推測可能是溢流閥故障，導致系統壓力無法穩定。同時考慮液壓系統動作異常的故障還受到油液污染的影響，油液中的雜質可能堵塞溢流閥等液壓元件，影響壓力異常，導致故障產生。
為了進一步判斷液壓系統故障原因是否由溢流閥導致，工作人員設計實驗檢測溢流閥的工作狀態。將溢流閥從系統中拆除，連接至測試回路，施加設定壓力，觀察閥芯動作情況。實驗結果顯示，閥芯卡滯，無法正常調節壓力，表明故障原因由溢流閥導致，并且進一步拆解分析發現，溢流閥的閥芯表面存在磨損和固體顆粒污染現象。之后對液壓油液清潔度進行檢查，發現液壓油中存在大量金屬顆粒和雜質，油液污染嚴重，導致閥芯磨損和卡滯，出現故障。
確定故障原因后維修人員第一時間更換了溢流閥，更換的新溢流閥，確保閥芯動作靈活，無卡滯現象。安裝溢流閥至系統中，進行功能測試，確保壓力穩定。同時，排放液壓系統中的舊油液，對油箱進行徹底清洗，更換新的、清潔的液壓油，確保液壓油符合系統要求。不僅如此，還安裝了液壓油過濾器，提高液壓油清潔度，防止再次污染。維修結束后，還對液壓系統進行全面調試，確保各元件工作正常。進行壓力穩定性測試，記錄壓力波動數據，如表2所示。
通過對比維修前后的數據，可以明顯看出，維修后的液壓系統壓力更加穩定，各監測點的實際壓力值與設定值的偏差均 大幅減小，液壓系統的穩定性得到了顯著提升，有效降低了整個液壓系統故障和液壓動作異常等問題產生的概率。
3 液壓系統故障診斷與維修要點
3.1液壓系統中油箱與充液系統故障維修
在自由鍛造油壓機的液壓系統中，油箱與充液系統屬于液壓系統的重要組成部分，如果發生故障會對油壓機的液壓泵、控制閥乃至整個液壓系統的正常運 行直接造成不良影響，因此需要強化其故障診斷與維修。
第一，應防范油箱破損、管道漏油等故障。仔細檢查油箱箱體、空氣過濾器等零部件，防止油箱中液壓油被污染影響整個液壓系統，同時管道連接處等部位也屬于故障高發點，應及時檢查分析判斷是否存在緊固件松動脫落、密封件老化損壞、和管道各焊縫破損的不良狀況。若發現故障須及時修理或者更換油箱、定期更換油箱的空氣濾芯、更換損壞的密封件和管路并重新預緊，并密切關注油箱中液壓油的清潔度，進而對系統的正常工作減少不利影響。對于油箱中液壓油清潔度檢查時，可以安裝液壓油在線監測系統FCU污染監測儀，如果液壓油中的水分、固體顆粒等雜質超標須及時采取措施，例如更換吸油口處的過濾器濾芯，采用濾油機將液壓油箱中污染物盡快清除。同時如果油液中混入空氣或氣體，容易導致液壓系統產生氣泡，應及時排除。此外如果已發生化學改變的液壓油應禁止使用，將清潔的油過濾后注入油箱中循環15-20分鐘后直至排出干凈的液壓油，再將主油箱中的液壓油加油至符合要求的液位。
第二，除了油箱，充液系統同樣屬于液壓系統的重要組成部分，需要診斷與維修對應的故障。首先，充液管路過長并且管徑較大的應及時調整，否則充液系統在排液或充液時會產生很大的沖擊和振動，在一定程度上對管路造成破壞。此時故障維修人員可以重新合理調整緩沖罐的布設位置，將振動和對充液管路的破壞減輕。其次，充液系統由于壓力和液位控制不當等因素的影響，容易導致充液系統出現大流量泄壓等故障問題，維修技術人員可以在液壓系統中低壓補償器和充液罐等位置設置傳感器，對系統的液位和壓力實行雙重管控和安全保護。同時還可以設置專門的補償系統和油液智能排放系統，將充液罐中的液、氣壓力和兩者之間的比例智能化、自動化調節，保障液壓油能夠處于標準規定的液位和壓力范圍數值內，使得充液系統和液壓系統可以正常安全地進行工作。此外需要防范充液系統的過載溢流現象，在自由鍛造油壓機工作時，應對工件的變形抗力實行管控，避免坯料變形抗力值超出設備載荷能力，防止產生過載現象，對油壓機的回程和卸壓等液壓系統造成不良影響甚至損壞。
3.2液壓系統中主泵與油缸壓力異常故障診斷
自由鍛造油壓機液壓系統中主泵與油缸容易出現故障現象。首先，在液壓系統中液壓油缸可能出現油壓過低，導致油缸壓力和動作異常。該種故障情況主要由主泵壓力異常、油缸的管線與壓力控制閥異常導致。例如，主泵的工作壓力遠低于額定壓力，在控制管線中，出現節流阻力太大的現象，或者壓力控制閥失效、控制壓力未能合理調整等現象。此時故障檢修人員需要仔細測試各部位的控制壓力，將壓力重新調整至合理范圍內。同時液壓油缸可能出現初始動作緩慢的異常故障，主要由溫度因素導致。在外界環境溫度較低的情況下，液壓油的黏度會增大，液壓油的流動變慢，導致液壓缸動作緩慢。維修診斷時可以投入黏溫性能更強的液壓油，確保其在低溫條件下借助相應加熱設備能將啟動油溫提高，最終提高啟動時動作速度。其次，在液壓系統的各類主要液壓泵方面，可以診斷與維修液壓泵的進油口、出油口壓力及泵內零件故障。仔細檢查進、出油口壓力是否正常，有無進入空氣，如果進有空氣應及時排氣處理，確定無空氣進入后，可以檢查是否存在異常聲響，如在軸承部位加入潤滑脂，之后仔細觀察泵噪聲大小。對于泵內零件，應合理調整零件之間的配合間隙，防止泵的運行壓力無法升高等故障。同時應加強零件裝配方面的質量管理，避免引發液壓泵故障。
3.3合理選擇液壓系統故障診斷與維修方法
自由鍛造油壓機液壓系統的故障類型較多，應針對性采取故障診斷與維修方法。
第一，液壓系統常見的故障按照具體的性質特點，可以劃分成隨機故障和確定故障。按照指示形式，可以劃分成報警與無報警顯示等。自由鍛造油壓機的液壓系統龐雜，液壓系統的故障存在隱蔽性較強、偶發性較強和復雜多樣等特點。在診斷分析與維修故障時，需要對液壓系統內各元件之間的作用功能和整個液壓系統充分了解掌握。例如，可以將液壓系統的液壓原理圖、液壓元件的工作原理和參數與實際調研的液壓系統中的元件參數及液壓動作關聯情況等進行對比分析，之后結合專業的故障診斷能力，找出復雜隱蔽的故障原因。
第二，還可以根據元件故障產生時液壓系統可能出現的現象，針對性選擇診斷與維修方法。通常情況下液壓系統常見的故障現象主要包括壓力失調與振動噪聲等，此時 液壓系統的故障需要機械和電氣系統配合檢查，相同的故障原因會引發多個不同的故障現象，相同故障原因也更加復雜，壓力不穩和振動噪聲的故障現象可能同時出現。診斷維修故障時，可以將多個癥狀組合，定位故障源。例如，可以通過合理設定檢測次序的形式定位故障源，采用從簡單到復雜或遵循主要到次要的順序，使得液壓系統的故障診斷維修處理的時效性提升[2]。例如，在故障原因不明的情況下，可以根據液壓系統中元件的分解拆卸難度差異，先對簡單易拆分的元件進行檢查，之后檢查系統中的馬達和液壓缸等復雜的元件，最后再次深入檢查可疑故障點，找出故障原因。
此外，對于較為復雜的液壓系統故障，可以結合多種算法和身體感官診斷維修。例如，身體感官方面可以采用聽診和觸診法，通過聽覺和觸覺，分析判斷液壓元件的故障。如通過感官對于液壓控制元件的溫度和振動進行分析閥芯是否受到異物干擾，之后根據實際情況及時拆卸或清洗、更換元件。算法方面可采用推理驗證法和化零為整綜合判斷法。推理驗證法主要指先積極假設故障原因，之后再選擇合理的算法，不斷驗證分析猜想，直至驗證通過，查明故障的原因。化零為整故障診斷中，可以利用不同的技術手段考察相同的故障問題，之后綜合比較得出最終的故障診斷結果。
3.4強化液壓系統故障診斷維修信息化建設
在信息化背景下，自由鍛造油壓機液壓系統故障診斷與維修中，可以利用鍛造現場生產運行數據可視化監控硬件等信息化裝置，實現液壓系統的故障診斷與維修。首先，在信息化軟件的支持下，液壓系統故障診斷維修時，工作人員可以更加精準地選擇故障診斷維修方法。為了進一步提升應用效果，可以對軟件的功能和模塊等優化設計。例如，可以根據實際情況設計數據處理模塊，添加軟件的數據庫查詢等系列功能，并設置基于C/S結構下查詢編輯數據模塊，實現清晰劃分液壓系統故障數據的訪問，可以精準有效提高維修作業人員故障診斷的效率。硬件裝置中可以通過異常信息反饋功能，借助網絡繼電器等類型的中間轉換設備，使用數據挖掘、數據篩選、數據清洗等方法，分析判斷出生產現場和鍛造油壓機、液壓系統可能存在的異常數據信息，并且可以將找出的異常信息信號和報警燈等設施相互連接，將液壓系統的異常故障數據信息向鍛造生產現場傳輸，提醒現場人員及時處置[3]。也可以將異常故障數據向不同的移動終端設備中傳輸，將異常預警信息數字化可視化呈現，為液壓系統異常故障的診斷與維修提供便利。
4 結論
自由鍛造油壓機的運行故障會直接影響液壓系統和鍛造作業質量，必須針對油箱及充液系統、液壓泵及液壓油缸等自由鍛造油壓機液壓系統的主要構成部分，采取相關的技術要點和方法，對液壓系統的故障進行診斷與維修，并加強液壓系統的預防性和信息化形式故障診斷維修力度，保障液壓系統和油壓機安全穩定運行。
參考文獻：
[1]馬丁,李建輝.80MN油壓機自由鍛造智能集成控制管理系統應用研究[J].鍛造與沖壓,2023(09):38-41.
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[3]郭曉鋒,段麗華,蘇振華.195MN自由鍛造油壓機的關鍵技術[J].鍛造與沖壓,2020(15):61-64.
來源：鍛造技術圈
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