曲軸淬火機控制系統分析與故障處理
從美國TOCCO公司引進的曲軸淬火機，用于康明斯曲軸（4B、6B）主軸頸和連桿頸的淬火。淬火變壓器固定在變壓器托架上，感應器夾緊機構也安裝在該托架上（圖1）。夾緊油缸由一個二位四通電磁換向閥控制，變壓器托架由電液比例閉環控制系統控制。

　　淬火變壓器托架動作原理：曲軸水平放置于機床夾具里，由夾具頭架驅動曲軸旋轉。在變壓器上安放相應的感應器（有三種感應器），夾緊感應器，變壓器托架下降，使感應器落在相應的軸頸上，啟動加熱，同時曲軸旋轉。此時，變壓器托架處于隨動狀態。加熱時間到，感應器升起，機床夾具驅動這個工位翻轉至淬火液面下進行淬火。由單軸數控驅動變壓器托架水平向右移動，加熱工位移到下一個位置。一組桿頸或軸頸淬完以后，更換相應感應器。最后一個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

　　1．變壓器托架電液比例閉環控制系統
　　如圖2所示，5/3V一P/Q比例伺服閥型號為0811 402 106（德國Bosch公司產），該閥將流量控制和壓力控制結合于一個閥中。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。壓力傳感器的信號送往電子壓力控制器（P/Q控制器）。該控制器將實際的壓力值與設定的壓力值進行比較，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控制系統原理圖見圖3，其框圖見圖4。
　　德國Bosch公司推出的高性能的用于閉環控制的比例伺服閥，是一種連續作用的電液控制閥。由于采用了高響應直流比例電磁鐵和相應的放大器，含內置位置檢測電子裝置和反饋閉環，采用零開口四邊滑閥，其輸出穩態特性中無中位死區。
　　圖2中的壓力傳感器，型號為0811 405 537。元件由不銹鋼鍍膜（彈性材料）薄層電阻應變片組成，采用全橋電路，帶溫度補償集成電路與壓力成正比的輸出電壓信號（1～6V），零點和靈敏度由制造商精確調整好。
 

　　 安裝時要注意使傳感器盡可能靠近被測點，盡可能垂直安裝，插頭朝下以使閉死容積自動排氣。

2．P/Q放大器控制比例伺服閥的控制機理（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，是個選配件。子板插在母板上，P/Q放大器作為一個信號組合單元使用。該單元對閉環控制回路中的壓力和流量進行控制。輸入參數是壓力P和流量Q的給定信號，而反饋值則是實際壓力和閥芯的實際位置。
　　 比例閥放大器和P/Q控制器組合的功能如下：當P_給定＞P_反饋時，作為流量控制器，即壓力控制不起作用；當P_給定＜P_反饋時，作為壓力調節器，并以一限幅器形式對給定Q進行疊加，此時子板傳送P/Q的混合信號到母板，一旦到達給定壓力，限幅器就會根據實際的監控壓力控制閥芯位移的輸入信號，以使P_給定一P_反饋=0。
　　當P_給定＞P_反饋或壓力控制器關閉后，閥芯位置就與Q給定值相對應。Q給定值范圍為U_E=0～士10V。為了實施有效的壓力調節，光給定P不行，還必須給定Q，一般U_E＝十10V（最大值）。
　　TOCCO淬火機淬火變壓器托架動作過程中有三種工作壓力：上升時的壓力4. 8MPa、下降時的壓力4.4MPa、感應器加熱曲軸時的平衡（隨動）壓力3.3MPa。三種工作壓力由三個對應的指令電位器設定給定值。上升壓力給定值（電位器1設定值）為4.34V；下降壓力給定值（電位器2設定值）為3.35V；平衡壓力給定值（電位器3設定值）為1.68V數值通過手動預置設定，運行時由PLC程序選通。

    二、控制系統存在的主要問題及故障處理方法

　　由于控制系統液壓元件及電氣元器件老化，機床一度動利異常，出現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定，上下無規律運動而無法淬火，有時又在工作時失去反應，導致感應器損壞。

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

　　2．系統壓力不穩定
　　液壓系統工作過程中，圖2中油源壓力表指針不停地擺動，同時變壓器托架也跟隨振動。由于油箱油溫不高，故油泵內泄不大，配油盤沒有問題，只有油泵的調壓器閥芯錐面磨損，造成系統壓力有規律地振動。
　　拆開油泵調壓器，上磨床修磨調壓閥芯，消除閥芯錐面磨損溝槽，故障現象消除。

　　3．變壓器油缸壓力不穩定
　　按下降鈕，使變壓器托架向下動作。托架在下降過程中，有時降到一半或降到下位停不了多長時間就向上運動，有時停在中間，有時停在上位不動，突然又向下運動。造成這種現象，最有可能的原因是P/Q放大器的輸入部分出了故障。經檢查發現：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，接觸不良，造成P/Q放大器的輸入指令不穩定，更新三套繼電器及插座，故障消除：現已采用EAS、系列小型PLC：來選通比例伺服閥的設定電壓值，動作更可靠。

　　4．變壓器托架抖動
　　曲軸在加熱過程中，變壓器托架上下無規律地振動，有時油缸失壓較大，導致感應器損壞。參見圖3，造成這一現象，最有可能的原因有兩種：①比例放大器受到干擾；②系統反饋元件（即壓力傳感器）出了故障。經仔細排查（測量指令電位器設定值、比例放大器輸入值及壓力傳感器反饋值），發現壓力P給定信號至P/Q放大器箱之間的信號線，由于老化及受到加熱系統供電線路的干擾，造成輸入P/Q放大器的信號失真及不穩定；又由于液壓油含水量較高，壓力傳感器受損，造成反饋信號不正常，與壓力給定值疊加后再輸入P/Q放大器，從而引發故障。
　　更換信號線、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線穿在鐵管內，使信號線屏蔽，提高抗干擾能力實施后，故障消除，系統穩定工作。

    三、小結

　　1．5/3V一P/Q比例伺服閥將流量控制和壓力控制結合于一個閥中，可以實現閉環壓力控制和開環流量控制。實現閉環壓力控制時，為了實施有效的壓力調節，不但要給定P值，還必須給定Q值。選用比例放大器時，一定要選配一個子板，即選配一個合適的P/Q控制器。而實現流量控制時，則不需配用P/Q控制器。
　　2．在電液比例控制系統中，一定要注意信號線的有效屏蔽保護，只有這樣才能使系統正常工作。同時要注意液壓油源的壓力穩定性，壓力波動不能太大，否則系統不能正常工作。比例放大器的輸入端信號控制，最好采用可編程序控制器（PLC）控制，而不使用傳統的繼電器控制器。這樣，系統長期工作穩定性會大幅提高。
　　3．傳感器安裝時盡可能靠近被測點，并注意安裝方向，以便快速、準確地取得測量值。