KPC5000—AR型数控龙门铣镗床散热故障的分析与处理

张媛媛

【摘 要】过热停机是机加工设备常见故障之一，易造成设备连续化作业中断，影响企业生产效率。本文针对KPC5000-AR型数控龙门铣镗床的过热停机问题展开分析并提出一种解决方案，为相关设备处理类似故障提供参考。

【关键词】数控龙门铣镗床；油温；散热

0 引言

现代企业生产对机加工设备的依赖性越来越高，如果设备故障停机导致连续化作业中断，将直接影响企业的生产效率。我公司自2007年引进一台由西班牙Zayer公司生产KPC 5000-AR型数控龙门铣镗床，自2011年5月至2015年5月期间，多次出现油温过高故障报警停机。本文针对该设备的过热问题进行分析并提出解决措施。

1 KPC 5000-AR型数控龙门铣镗床简介

如图 1所示，KPC 5000-AR型数控龙门铣镗床（以下简称龙门铣镗床）主要由龙门架、床身、工作台（工作X轴）、滑枕（工作Y 轴）、主轴（工作Z轴）、延伸头、万能头、电气系统和液压系统组成。

龙门铣镗床包含启动、换头、定位和加工四个工况，其中，在启动工况中工作台和滑枕移到零点，换头工况中程序根据加工件的类型而将刀头切换为延伸头或万能头，定位工况中工作台将移到指定加工位置，加工工况中电机带动刀头加工工件。

液压系统用于主轴偏载平衡、刀具移动和刀头夹紧，其中油源液压原理如图2所示。P1、P2和P3对应于各执行器的压力油口，电磁换向阀9作为加工工况中的卸荷阀，在执行转头、换刀等动作时加压，待设备处于加工工况时卸荷。

2 故障分析

液压系统中产生的热量，一部分使油温升高转变为油液的内能，一部分经油箱表面散发到空气中去。如果系统发热大于油箱散热能力，油温就会持续升高。

其中，C为油液比热容，取值1.97kJ/（kg·K），ρ为油液密度，取值0.855kg/L。V为油液体积，取值20L，？驻T为温度升高值，取值29℃，t为温升持续时间，取值18000s，代入数据得超出散热能力部分的功率为0.054kW。

由图3可以看出整个过程中油箱温度上升平稳，另外考虑到加工工况时间占比最长，其余工况总时间占比很小，因此可初步认定热量主要来自于加工工况。

加工工况下液压油源处于卸荷状态，不对外输出压力，因此发热原因可限定在油源部分，具体可能有以下两个方面：

1）回油过滤器堵塞导致卸荷不彻底

随着使用时间累积，油液污染物会导致回油过滤器堵塞，回油过滤器两端压差增大，使系统卸荷不彻底，引起发热。

2）液压泵效率降低导致的过热

设备从2007年投入使用，至2011年首次出现过热故障，期间设备投入使用了约5年时间，齿轮泵在长期运行过程中可能会磨损、老化导致效率降低，功率损耗转化为热量使油温上升。

为明确发热原因，试验人员将滤芯进行了更换，试验发现更换滤芯后系统过热并无改善，因此可认为齿轮泵效率降低是导致系统过热故障的主要原因。

3 处理方案

更换齿轮泵是较为直接的解决方法，但该机床为进口设备，从原厂购进齿轮泵成本高昂，且该齿輪泵安装接口特殊，难以找到匹配的替代产品，因此考虑对原液压系统进行改造，给油箱加入额外的冷却系统来解决过热问题。

其中P为根据式（1）计算的多余发热功率，值为0.054kW；T为油箱热平衡期望温度，取值50℃；T0为环境温度，取值28℃，代入数据后得到冷却器的最小当量冷却功率K为0.002kW/℃。

根据计算结果，选择油/风冷却器HD0810T作为散热系统的冷却装置，该冷却器适用油压系统功率为1.5-2.2kW，适用流量为10-60L/min，在20L/min的流量下的当量冷却功率为0.09kW/℃，满足要求；选择离心泵TCP-118作为冷却系统的循环泵，该泵的扬程为12m。

图5为改造后的设备在加工工况下的温升曲线。结果显示油箱油温上升逐渐趋于平缓，最终在45℃达到系统的热平衡，油温稳定不再上升，没有出现过热报警现象，处理方案有效。

4 总结

机加工设备的液压系统在连续工作过程中容易发生过热故障，导致设备停机无法连续工作。本文以KPC5000-AR型数控龙门铣镗床为研究对象，分析了其过热原因，提出了增加冷却系统的故障处理方案，结果表明，该方案能有效解决过热故障问题，可为相关设备处理类似故障提供参考。

【参考文献】

[1]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，1993.

[2]严金坤.液压动力控制[M].上海：上海交通大学出版社，1986.

[责任编辑：田吉捷]