Stratégies d'analyse et d'optimisation des défauts pour les pompes à piston axiale à déplacement variable Rexroth A4VSO dans les presses à extrusion en aluminium

Le rôle critique des pompes à piston axiales dans l'extrusion d'aluminium

Dans les lignes de production d'extrusion en aluminium moderne, les systèmes hydrauliques servent de source d'alimentation de base, leurs performances ayant un impact direct sur la qualité des produits et l'efficacité de production. Les pompes de déplacement de variables de piston axial de la série Rexroth A4VSO sont devenues les composants de puissance préférés pour les systèmes hydrauliques dans des pressions d'extrusion en aluminium en raison de leurs capacités à haute pression et à charge lourde, un contrôle de débit précis et une fiabilité exceptionnelle. Cet article fournit une analyse approfondie des modes de défaillance typiques, des causes profondes et des solutions pour les pompes à piston axiales A4VSO dans des applications d'extrusion en aluminium, offrant aux approches de dépannage systématique du personnel de maintenance et de stratégies d'optimisation. Grâce à des études de cas réelles et à l'analyse des données, nous explorerons également comment la maintenance préventive et les mises à niveau technique peuvent prolonger la durée de vie de la pompe, réduire les temps d'arrêt de l'équipement et, finalement, assurer un fonctionnement efficace et stable des lignes de production d'extrusion d'aluminium.

Caractéristiques techniques des pompes à piston axiales A4VSO et leur application dans l'extrusion d'aluminiumPresses

LeRexroth A4VSO Axial Piston Pompeest une pompe à déplacement variable polyvalente et polyvalente connue pour son efficacité énergétique et ses caractéristiques "à trois constants": puissance constante, pression constante et débit constant. En utilisant une conception de plaque à cygne, cette pompe réalise un réglage de déplacement sans étape en modifiant l'angle de plaque cygne, ce qui le rend particulièrement adapté aux charges très variables et aux fluctuations de pression fréquentes typiques des pressions d'extrusion en aluminium. Avec une pression nominale de 350 bars et une pression maximale de 400 bars, et une plage de déplacement de 40-1000 cm³ / Rev, la pompe A4VSO peut répondre à diverses besoins en puissance sur les presses d'extrusion de petites, moyennes et grandes en aluminium.

Dans les processus d'extrusion en aluminium, la pompe à piston axiale A4VSO remplit principalement les fonctions critiques suivantes:

• Mais-cylindre principal: fournit un liquide hydraulique à haute pression et à haut débit requis pour le processus d'extrusion, assurant des vitesses d'extrusion stables
• Grampage de la matrice: maintient une pression constante pour garder les matrices fermées, empêchant la séparation pendant l'extrusion
• Mouvement du conteneur: contrôle le mouvement vers l'avant et vers l'arrière du conteneur d'extrusion pour la charge et l'extrusion de la billette
• Actions auxiliaires: fournit un pouvoir pour les mécanismes auxiliaires tels que le cisaillement et la décharge

Les processus d'extrusion en aluminium imposent des exigences exigeantes aux systèmes hydrauliques: des pressions de travail élevées (généralement 250-350 bar), des variations de demande de débit significatives (de la pré-extrusion à basse vitesse aux phases d'extrusion à grande vitesse) et des températures ambiantes élevées (en raison de la production de chaleur substantielle pendant l'extrusion). Ces conditions de fonctionnement présentent de nombreux défis pour les pompes à piston axiales A4VSO pendant le fonctionnement prolongé, ce qui les rend sujets à divers défaillances qui peuvent affecter l'efficacité de la production et la qualité du produit si l'entretien est inadéquat.

Modes de défaillance communs et analyse des causes profondes

Pression insuffisante ou fluctuations anormales de pression

Dans les applications d'extrusion en aluminium,pression insuffisante ou fluctuations de pression excessiveDans A4VSO, les pompes à piston axiales sont parmi les symptômes de défaillance les plus courants, se manifestant en tant que non-respect des valeurs de pression réglées ou des oscillations de l'aiguille sévères sur les manches de pression. Sur la base d'une expérience pratique de maintenance, cette défaillance peut provenir des causes suivantes:

• Fuite du système: des pressions d'extrusion en aluminium fonctionnant en continu sous haute pression éprouvent souvent des fuites internes ou externes aux connexions et joints de tuyaux hydrauliques. En particulier, les joints du cylindre principal et l'usure du bloc de soupape interne peuvent empêcher l'accumulation de pression du système. L'inspection de toutes les connexions pour les taches d'huile et le traitement des points de fuite devrait être la première étape.

• Dysfonctionnement de la soupape de décharge: Les paramètres incorrects de la soupape de décharge (trop bas) ou le collage de la bobine de soupape peuvent empêcher l'augmentation de la pression du système. Les vannes de secours doivent être réajustées ou réparées. Notamment, les pressions d'extrusion en aluminium utilisent généralement un contrôle de pression à plusieurs étapes, nécessitant une vérification de tous les paramètres de soupape de pression.

• Usure de la pompe interne: Un fonctionnement prolongé à haute pression provoque l'usure dans deux paires de friction critiques de la pompe A4VSO: pistons et blocs de cylindres, ainsi que les plaques à port et les blocs de cylindres. Des dégagements accrus entraînent une plus grande fuite interne et une efficacité volumétrique réduite, souvent accompagnée de fluctuations de pression lorsque le débit de sortie de la pompe est inadéquat à des vitesses nominales.

• Contamination des fluides: les environnements d'atelier d'extrusion en aluminium poussiéreux peuvent compromettre la propreté des liquides hydrauliques (dépassant les normes de classe NAS). Les particules solides accélèrent l'usure des composants internes et peuvent obstruer les passages de contrôle, entraînant une réponse de mécanisme variable lent et une régulation de pression instable. La contamination des fluides est un facteur principal réduisant la durée de vie de la pompe à piston axiale.

• Insuffisance d'écoulement d'entrée: de faibles niveaux d'huile, des filtres d'aspiration obstrués ou une viscosité excessive du liquide peuvent provoquer un amorçage de pompe inadéquat, entraînant une cavitation, des fluctuations de pression et un bruit anormal. Étant donné des températures d'huile généralement élevées dans les systèmes hydrauliques de presse d'extrusion en aluminium, l'adéquation de la viscosité des fluides nécessite une attention particulière.

Débit insuffisant et réponse à l'actionneur lent

Flux inadéquatest une autre panne de pompe à piston axiale A4VSO typique dans les applications d'extrusion en aluminium, se manifestant comme des vitesses d'extrusion réduites et une efficacité de production plus faible. Une analyse détaillée indique que cette défaillance se rapporte généralement à:

• Échec du mécanisme variable: le mécanisme variable de la pompe A4VSO se compose de pistons de contrôle, de greffares et de composants de rétroaction. Les passages de contrôle obstrués, les pistons variables collés ou les ressorts de rétroaction endommagés peuvent empêcher la pompe de régler le flux de sortie en fonction des exigences du système. Les processus d'extrusion en aluminium nécessitent une réponse rapide de la pompe aux changements de demande d'écoulement, faisant des défaillances des mécanismes variables, particulièrement nuisibles pour traiter la stabilité.

• Vitesse de fonctionnement sous-optimale: les connexions de pompe à moteur incorrectes (par exemple, glissement de la courroie) ou les anomalies de fréquence de puissance (par exemple, paramètres VFD) peuvent réduire la vitesse de la pompe, affectant directement le débit de sortie. Pour les pressions d'extrusion avec contrôle de conversion de fréquence, vérifiez les paramètres de fréquence minimale de l'onduleur (recommandés ≥25 Hz).

• Température excessive d'huile: des températures ambiantes élevées dans les magasins d'extrusion combinées à une génération de chaleur hydraulique significative peuvent augmenter les températures de l'huile au-delà des limites recommandées (généralement <60 ° C) si les systèmes de refroidissement sont inadéquats. Les températures élevées réduisent la viscosité des liquides, augmentent les fuites internes et diminuent l'efficacité volumétrique tout en accélérant la dégradation du joint - créant un cercle vicieux.

• Installation incorrecte de pompe: le désalignement entre les pompes A4VSO et les moteurs augmente les charges radiales, provoquant une usure prématurée et affectant potentiellement le mouvement de la plaque cuisoire, conduisant indirectement à un débit instable. Étant donné des vibrations substantielles dans les presses d'extrusion en aluminium, des vérifications d'alignement de pompe-moteur régulières sont essentielles.

• Mauvaises conditions d'entrée: au-delà des filtres d'aspiration obstrués, une tuyauterie d'entrée sous-dimensionnée, des virages excessifs ou une mauvaise conception de réservoir (par exemple, une mauvaise configuration de chicane) créent une résistance à l'aspiration excessive, provoquant des problèmes de cavitation et de débit d'écoulement.

Bruit anormal et vibration

Bruit et vibration inhabituelsServir de panneaux d'alerte précoce pour les défaillances de la pompe à piston axiale A4VSO, garantissant l'attention immédiate des opérateurs de presse à extrusion d'aluminium:

• Cavitation: L'amorçage de pompe insuffisant crée des bulles de vapeur dans le liquide hydraulique qui s'effondrent dans des zones à haute pression, produisant des sons de craquage distincts. La cavitation génère non seulement du bruit mais endommage également gravement les surfaces de la pompe interne. La vérification de l'intégrité de la ligne d'aspiration, des différentiels de pression du filtre et des propriétés anti-FOIAM fluides sont essentielles pour traiter le bruit de cavitation.

• Frottement mécanique: l'usure des roulements, les mécanismes de plaque à cygne lâche ou les assemblages de slipper à piston endommagés produisent des sons de friction métallique. Un fonctionnement continu à haute charge dans les presses d'extrusion en aluminium accélère l'usure dans ces pièces mobiles. La surveillance régulière du spectre des vibrations aide à détecter tôt les défauts mécaniques.

• Répulsion de pression: tandis que les pompes A4VSO présentent intrinsèquement une certaine pulsation d'écoulement, une pulsation excessive (par exemple, des rainures de soulagement de la plaque d'origine obstruées ou incorporées) transmet par la tuyauterie, provoquant une résonance du système et une rugissement à basse fréquence. Le dimensionnement accumulateur approprié et les dispositions de tuyauterie optimisées atténuent efficacement la pulsation de pression.

• Contamination des fluides: les particules solides entrant dans les paires de frottements de pompe scorent des surfaces de précision, créant un bruit irrégulier. La poussière d'oxyde d'aluminium générée pendant l'extrusion aggrave considérablement l'usure si l'entrée dans les systèmes hydrauliques. Le maintien de la propreté des liquides est crucial pour la réduction du bruit.

Problèmes de surchauffe et de fuite

Surchauffe de pompe et fuite de fluidesont des problèmes interdépendants courants dans les systèmes hydrauliques de presse à extrusion en aluminium:

• Fuite interne excessive: usure dans les paires de frottements de pompe A4VSO (bloc de cylindre de piston, bloc de plaque-plaque-cylindre) permet une fuite d'huile à haute pression dans des chambres à basse pression, convertissant l'énergie hydraulique en chaleur et provoquant une augmentation anormale de la température. Cette fuite interne augmente également l'écoulement des conduites de vidange externe, et si les conduites de vidange sont sous-dimensionnées ou que la contre-pression des lignes de retour est excessive, d'autres augmentations de température se produisent.

• Efficacité mécanique réduite: conditions de lubrification sèche ou limite (par exemple, une lubrification insuffisante ou une lubrification swash inadéquate) génère une chaleur de friction substantielle. Le fonctionnement continu des presses d'extrusion en aluminium permet une accumulation de chaleur, provoquant potentiellement une surchauffe localisée ou même des crises. Surveillance des différentiels de température de cas à ambition de participation (recommandés ≤35 ° C) est une mesure préventive efficace.

• Échec du joint: Les températures élevées accélèrent la dégradation des joints de l'arbre, des joints toriques et d'autres éléments d'étanchéité, provoquant des fuites externes. Les points de fuite courants dans la pression d'extrusion en aluminium sont des systèmes hydrauliques comprennent les joints d'arbre de pompe, les joints de mécanisme variable et les connexions du tuyau. Les matériaux d'étanchéité à haute température et le remplacement régulier des joints âgés sont des mesures préventives nécessaires.

• Refroidissement inadéquat: des températures ambiantes élevées dans les magasins d'extrusion nécessitent des refroidisseurs de taille correcte et un débit d'eau de refroidissement suffisant pour éviter une augmentation globale de la température de l'huile. Une vérification régulière des performances du système de nettoyage et de refroidissement régulier est recommandée.

Table

Méthodes de diagnostic de défaut et mesures préventives

Procédures de diagnostic de défauts systématiques

Pour les échecs de pompe à piston axiale A4VSO dans des presses d'extrusion en aluminium, nous recommandonsapproches diagnostiques systématiquesPour éviter les dommages secondaires du démontage aveugle:

• Enregistrement et analyse des paramètres: établir des enregistrements de paramètres de fonctionnement de la pompe, y compris les données de base pour la pression de travail, le débit, la température de l'huile et les niveaux de bruit. Comparez ces paramètres lorsque des anomalies se produisent. Les pressions d'extrusion en aluminium présentent généralement des systèmes de contrôle PLC permettant une récupération historique des données pour l'analyse.

• Inspection sensorielle: localisation préliminaire de défaut par des méthodes auditives (bruit anormal), visuels (fuites, condition fluide) et tactile (température, vibration). Par exemple, la surchauffe localisée de la pompe peut indiquer des problèmes de lubrification de roulement ou de plateau cinglé.

• Test fonctionnel: ajustez la pression du système et les vannes d'écoulement pour observer les caractéristiques de réponse de la pompe. Les mécanismes variables de la pompe A4VSO doivent répondre en douceur aux changements de pression et d'écoulement; Les réponses lentes ou étanches peuvent indiquer des blocages de circuits de contrôle ou des pistons variables bloqués.

• Analyse du fluide: échantillonnage périodique pour tester la viscosité du liquide hydraulique, la teneur en eau, les niveaux de contamination et les particules de métal. Les systèmes hydrauliques à extrusion en aluminium doivent subir une analyse fluide tous les 3 à 6 mois pour la détection précoce des problèmes. Le liquide laiteux indique une entrée d'eau, tandis que l'augmentation des particules métalliques reflète l'usure interne accélérée.

• Analyse des vibrations et du spectre du bruit: Utilisez un équipement spécialisé pour collecter les signaux de vibration et de bruit de la pompe, en déterminant les types de défauts grâce aux caractéristiques spectrales. Les défauts de roulement se manifestent généralement par une augmentation des composants à haute fréquence, tandis que la cavitation produit des pics de bruit spécifiques.

• Test d'isolement segmenté: pour les systèmes complexes, isolez progressivement les composants (par exemple, désactiver certains actionneurs) pour observer les changements de symptômes d'échec et la portée diagnostique étroite. Les systèmes hydrauliques à extrusion d'aluminium comprennent généralement plusieurs sous-systèmes où les tests segmentés améliorent l'efficacité du diagnostic.

Inspection et maintenance des composants critiques

Pourcomposants de basedes pompes à piston axiales A4VSO, des utilisateurs de presse à extrusion en aluminium doivent mettre en œuvre des plans d'inspection spécialisés:

• Plaques portuaires et blocs de cylindres: L'usure dans ces paires de friction est la principale cause de dégradation des performances de la pompe. Inspectez les surfaces de plaque de port pour la brûlure ou la notation et mesurer le visage de la cyndraire du bloc (ne doit pas dépasser 0,005 mm). L'usure mineure peut être corrigée par broyage de précision, tandis que les dommages graves nécessitent un remplacement.

• Assemblages de piston et de pantoufles: Vérifiez les surfaces du piston pour la notation ou l'usure et les surfaces de contact de pantoufle pour la planéité. La clairance du piston à bore varie généralement de 0,015-0,025 mm; dépassant cela nécessite un remplacement de piston. Les conditions à haute pression dans les presses d'extrusion en aluminium accélèrent l'usure de l'assemblage des pistons.

• Mécanismes variables: Vérifiez la liberté du mouvement du piston, l'intégrité du ressort de rétroaction et la propreté du passage de contrôle. La vitesse de réponse variable de la pompe A4VSO est essentielle pour les processus d'extrusion en aluminium, nécessitant un fonctionnement lisse et sans obstruction.

• Assemblages de roulements: les roulements de pompe à piston axiale supportent des charges radiales et axiales substantielles, ce qui les rend composantes usées. Vérifiez le dégagement du roulement et le bruit de rotation, en remplaçant rapidement les roulements usés. Les environnements vibratoires dans les pressions d'extrusion en aluminium raccourcissent la durée de vie.

• Joints et joints de l'arbre: Inspectez les joints d'arbre principaux pour le vieillissement ou les fuites et les joints statiques (par exemple, les joints toriques de couverture d'extrémité) pour l'intégrité. Pour les applications à haute température, du fluoropolymère ou d'autres matériaux d'étanchéité à haute température sont recommandés.

Stratégies de maintenance préventive

Basé sur les caractéristiques de fonctionnement de la presse en aluminium, scientifiqueplans de maintenance préventivepeut prolonger considérablement la durée de vie de la pompe A4VSO:

• Gestion des fluides:

• Utilisez des liquides hydrauliques anti-uscosité recommandés de qualité viscosité (généralement ISO VG46 ou VG68)
• Maintenir la propreté des liquides à la classe 7 du NAS ou mieux
• Tester périodiquement les propriétés du fluide, en remplaçant rapidement le liquide vieilli
• Filtrez un nouveau liquide avant l'introduction du système pour éviter la contamination

• Remplacement du filtre:

• Remplacer les filtres d'aspiration immédiatement lorsque la différence de pression dépasse 0,3 barre
• Remplacez la pression et les filtres de retour en fonction de la différence de temps ou de pression
• Envisagez d'ajouter des systèmes de filtration hors ligne pour améliorer la propreté des fluides

• Inspections périodiques:

• Vérifie quotidiennement le bruit, les vibrations, la température et les fuites
• Vérification mensuelle de l'alignement du couplage et de la condition de fixation
• Test trimestriel de l'efficacité volumétrique de la pompe et de la réponse à la pression du système
• Inspections annuelles de démontage mesurant l'usure des composants critiques

• Protocoles de fonctionnement:

• Évitez le fonctionnement prolongé au-dessus de la pression nominale
• Vérifiez les niveaux de réservoir adéquats avant le démarrage; Préchauffer le liquide dans des conditions froides
• Casser des pompes neuves ou révisées (recommandée: opération à l'abri de 24 heures avec une augmentation de la pression progressive)
• Minimiser les départs / arrêts fréquents pour réduire les charges de choc

• Contrôle de la température:

• Assurer un bon fonctionnement du système de refroidissement, en maintenant la température de l'huile à 30 à 60 ° C
• Augmenter la fréquence d'inspection pendant les saisons à haute température
• Envisagez d'installer des alarmes de température de l'huile

Table

Mises à niveau technique et recommandations d'optimisation

Améliorations du système de contrôle

Pour répondre aux limites des systèmes hydrauliques de presse à extrusion en aluminium conventionnel, considérez cesMises à niveau du système de contrôlePour les pompes à piston axiales A4VSO:

• Contrôleurs électrohydrauliques avancés: le contrôleur électrohydraulique DS2R de Rexroth remplace les modèles DS1 plus anciens par une technologie de valve proportionnelle, offrant une plus grande fiabilité et une maintenance plus simple. Montés directement sur les unités de piston axial, ces contrôleurs gèrent précisément les variations de couple et de vitesse pendant l'extrusion d'aluminium.

• Implémentation de contrôle en boucle fermée: L'ajout de capteurs de haute précision et de régulateurs de PID aux circuits de pression de pompe A4VSO et de contrôle de la pompe permet un contrôle de boucle fermée du processus d'extrusion, améliorant considérablement la stabilité de la vitesse d'extrusion et la précision dimensionnelle du produit.

• Modification du lecteur de fréquence variable: Conversion des entraînements de moteur à vitesse fixe en contrôle VFD permet un réglage automatique de la vitesse de la pompe par phase d'extrusion, permettant un fonctionnement économe en énergie. Notez que les vitesses ne doivent pas être excessivement faibles (recommandées ≥25 Hz) pour maintenir une bonne lubrification.

• Systèmes de surveillance des conditions: L'installation de la surveillance multi-paramètres en ligne (vibration, température, pression) permet le suivi de la santé et la prédiction des défauts de la pompe en temps réel - en particulier la valeur de la production d'extrusion d'aluminium continue.

Optimisation de la configuration du système

Optimiser les applications de pompe A4VSO à partir d'unPerspective complète du système hydraulique:

• Configuration de l'accumulateur: Les réglages de dimensionnement accumulateur et les réglages de pression préchargement absorbent les pulsations de pression et compensent les demandes de débit instantanées. Pendant les mouvements rapides de la pression sur l'extrusion en aluminium, les accumulateurs peuvent compléter l'écoulement, en réduisant la charge de la pompe.

• Optimisation de circuit hydraulique:

• Raccourcir la tuyauterie de la pompe à valve pour minimiser les chutes de pression
• Augmenter les diamètres de la conduite d'aspiration pour réduire la résistance à l'écoulement
• Installez les lignes de vidange dédiées pour éviter une contre-pression excessive

• Amélioration du système de refroidissement:

• Fraîcheurs de taille en fonction de la génération de chaleur du système
• Envisagez d'ajouter des systèmes de refroidissement de circulation
• Pour les environnements à haute température, mélanger le refroidissement de l'air et de l'eau

• Conception de redondance: Pour les lignes de production critiques, envisagez des configurations de pompe parallèle (primaire / sauvegarde) pour améliorer la fiabilité. La modularité de la pompe A4VSO facilite ces arrangements.

Améliorations des processus de matériaux et de fabrication

Pour les conditions uniques de l'extrusion en aluminium, considérez cesAméliorations des matériaux et des processus:

• Technologies de traitement de surface: appliquez des traitements de surface avancés (par exemple, pulvérisation du plasma, durcissement au laser) à des paires de friction critiques (plaques portuaires, pistons) pour améliorer l'usure et la résistance à la cavitation.

• Matériaux à haute température: utilisez des alliages ou de la céramique spéciaux (par exemple, des pistons en céramique en zircone) dans des zones à haute température pour résister aux environnements de presse à extrusion d'aluminium.

• Mises à niveau de la technologie d'étanchéité: implémentez les joints composites PTFE pour améliorer les performances à haute température et l'usure, prolongeant la durée de vie du joint.

• Améliorations du processus de coulée: optimiser la coulée du corps de la pompe pour minimiser les défauts (par exemple, porosité, inclusions), améliorant l'intégrité structurelle. Les échecs de fissuration de la tête de pompe proviennent souvent des défauts de fabrication.

Conclusions et perspectives futures

Les pompes de déplacement de variable de piston axial A4VSO A4VSO offrent des performances exceptionnelles dans les presses d'extrusion en aluminium, mais des conditions à haute pression et à forte charge lourde présentent de nombreux défis de défaillance. L'analyse systématique des défaillances typiques, notamment une pression insuffisante, un flux anormal, un bruit / vibration et une surchauffe / fuites - combinés avec des procédures de diagnostic scientifiques et des stratégies de maintenance, peuvent améliorer considérablement la fiabilité de la pompe et la durée de vie.

La maintenance préventive est primordiale pour garantir la stabilité de la pompe A4VSO à long terme, englobant la gestion du fluide, les inspections périodiques, le remplacement du filtre et le contrôle de la température. Pendant ce temps, les innovations technologiques - les mises à niveau du système de contrôle, l'optimisation des circuits hydrauliques et les améliorations des matériaux - améliorent les performances de la pompe dans les applications d'extrusion en aluminium.

Pour l'avenir, à mesure que les technologies de fabrication intelligentes progressent, les pompes à piston axiales A4VSO deviendront de plus en plus intelligentes, intégrant plus de capteurs et de capacités d'autodiagnostic pour la maintenance prédictive. L'industrie de l'extrusion en aluminium devrait activement adopter ces progrès, optimisant les configurations du système hydraulique et les stratégies de maintenance pour atteindre une efficacité plus élevée, une consommation d'énergie plus faible et une durée de vie de l'équipement.