高压水切割设备故障诊断分析

陈剑波,周阳

浙江富乐德石英科技有限公司 浙江省 衢州市 324200

摘要：本文针对高压水切割设备的故障诊断方法展开综合分析，基于其系统工作原理对高压水切割设备的组织结构进行了深入探讨。随着市场化经济的快速发展，各领域都加快了经济生产步伐，高压水切割设备作为工业生产中的主要机械设备，其运行状态关乎着工业生产质量和效率。因此，其一旦出现故障问题便会降低工业产品的生产量，影响企业经济发展，对此，还需充分掌握高压水切割设备的故障诊断策略，结合实际情况采取有效措施加以处理，确保高压水切割设备能稳定运行。

关键词：高压水切割设备；故障诊断；策略分析

前言：

高压水切割设备是当前工业生产中广泛应用的切割机床，其穿透力大、切割效果好，依照提前设定的行动轨迹开展切割工艺还能大幅度提高平面切割效率，保证生产量。但在工业生产量逐渐增加的背景下，高压水切割设备时常呈超负荷运行状态，在一定程度上增加故障发生率，严重降低了其运行效率。基于此，应明确高压水切割设备的工作原理，了解系统组织结构，结合其运行环境和实际运行状态对系统常见故障予以深入探究，针对具体情况对故障问题进行有效排除，及时采取优化措施解决设备潜在故障，为高压水切割设备长效运行提供可靠保障。

一、高压水切割设备的工作原理

高压水切割设备主要借助水射流切割系统的工作原理实施具体作业，利用超高压水射流发生器配合数控加工平台完成产品切割任务。在实际生产应用中，操作人员只需按照提前设定的工作参数将水流压力提升至规定压力值后便会增强水流动能。相比金属切割设备而言，高压水切割设备类属冷态切割，切割过程中不存在热变形问题，切割部位不会产生弧痕且切割面平整。高压水切割设备的主要动力源来自低压油系统，具体操作中需要电动机带动油泵，再通过过滤器将液压油吸入油箱，利用单向阀、油路管进入电液换向阀，同时与电磁溢流阀相连，实现对系统压力的有效调控。给水系统是高压水的主要来源，利用过滤器将自来水进行过滤，由此将其杂质直径控制在10μm，借助增压泵将其压力提升至0.5MPa，通过压力软管将自来水导入同时经过水单向阀进入往复式增压器两端的高压缸内。

在产品切割过程中，由低压油缸推动增压器活塞做左右往复运动（如图1），借助柱塞面积比将给水系统所带入的水压压缩为高压水，流经水单向阀后借助蓄能器的稳压作用将其引入切割头喷嘴，待高压水经过孔径约0.3cm的喷嘴时便会形成高速水射流[1]。在工业生产中为满足不同产品的切割需求，会将混合管安装至高压水射流末端，使高压水同沙粒等进行混合，形成固液混合物（又称射流砂粒）。借助高速射流砂粒的双重优势对工件表面的原有结构和状态进行破坏，当冲击力超过工件的抗拉强度后便可达到切割材料的目的，进而完成工件加工任务，保证工件加工质量。

图1.高压水切割设备工作原理示意图

二、高压水切割设备的系统结构

通常，高压水切割设备的系统结构是由高压泵站、蓄能器、送砂系统、切割头及切割工作台和数控系统等组合而成。其中，低压供水系统、油压系统、往复式增压泵是高压泵站的主要系统、设备，同时也是高压水切割设备中的动力组织，在高压水切割设备运行过程中通过系统整合优势对自来水予以净化、施压，进行往复运动，由此将高压缸内的水推出。蓄能器的主要作用是吸收往复式增压泵所产生的压力脉动波，由此维持整个系统压力的稳定性。切割头的组织设备包含了导流管、水喷嘴、磨料口、混合腔以及砂刀管，一般情况下为保证工件切割质量，多采用人造宝石作为切割头的水喷嘴，砂刀管可选用碳化钨粉末冶金，当高压水从导流管、水喷嘴射出后，经混合腔可形成真空度，水磨料在自重和真空度的双重作用下进入混合腔，待其混合均匀后从砂刀管射出，依照设计指标进行标准化切割，获取相应的加工工件。高压水切割设备的切割平台是由底座和进给机械的传动结构组合而成，借助交流伺服电动机带动进给系统的滚珠丝杠，由此完成切割运动。

三、高压水切割设备的特点及技术指标分析

（一）应用特点

在传统的工业下料切割过程中大多会采用火焰切割、等离子切割等其他混合气体进行具体操作，期间会产生一定热量，导致工件受到不同程度的热变形。但高压水切割设备属于冷态切割，在具体操作中并不会产生热量，有效规避了材料热变形问题，避免材料受到高温影响而产生相应的物理、化学变化。并且，高压水切割设备不存在局限性，其可突破材料种类的约束，满足工业生产中不同材料的切割加工要求，同时还能保持材料切口光滑、平整，可大幅度降低材料二次加工的概率。具体加工中，联合数控系统开展切割工艺还能简化切割流程，提高工件切割效率，在保证切割精度的同时还能满足多种复杂图形的切割要求，提高切割质量。此外，利用高压水切割设备对工件进行切割加工，其切割缝可控制在1.5mm以内，不仅能加强工件美观性，还能有效节省加工材料，充分体现出现代化切割设备的经济性，有利于企业对材料加工成本进行合理管控。

（二）设备技术指标

1.高压水设备切割精度

基于切割精度来说，高压水切割设备、数控火焰和数控等离子设备均具备相同的切割精度，但作为工业下料的切割机床，高压水切割设备并不属于高精密加工设备，所以无法设定标准精度[2]。在具体操作中，如若需要对切割厚度在10mm以内的金属板料进行加工时，操作人员要注意控制切割速度和补偿，尽可能将切割误差维持在1mm以内。

2.高压水设备切割厚度

高压水切割设备操作中，水射流靶距的数值为固定参数，其最大切割厚度有增压器确定，即增压比越大、切割厚度越大。一般，工业切割加工中的厚度不超过200mm，部分企业依照生产要求会将机床切割厚度控制在100mm左右，而当前应用较多的数控水切割设备的操作流量大多为2～3L/min，高压水的水射压力在200～420MPa，当高压水射流受到空气阻力的影响，其发射能量会迅速衰减，待其水射流射程低于300mm时，设备动能会缩减为零，且不具备穿透力。因此，应用高压水切割设备对工件进行切割加工时，要注意把控其切割厚度，结合企业加工需求和工件具体情况对切割厚度予以合理调整，确保最终的切割效果能达到标准要求。

四、高压水切割设备的故障诊断及处理方法

（一）液压系统故障

液压系统的稳定性决定了控制系统能否正常运行，当高压水切割设备处于超负荷运行状态时，其内部温度会逐渐提升，当油温达到70～80℃或油液乳化变质时，便会改变油粘度，而伺服阀在小电流功率下运行时会出现卡死情况，进而会降低系统压力。另外，当电磁阀的开关状态同测压点压力出现较大差距时，液压系统可能会出现电气断线或电磁阀卡死等故障。就溢流阀故障而言，在设备运行期间如果溢流阀没有处于溢流状态，或溢流比例不符合设定比例时，液压系统的压力便会呈现不可控状态，致使液压系统的稳定性受到影响。

针对液压系统的故障问题，当检修人员进行全面检查后需根据实际情况采取针对性措施加以及时处理，对于因油温升高而导致的水压低、液压油质劣化、冷却器效率低等情况，检修人员可通正常流量的冷却水提高水压，或及时清洗油箱，将劣化液压油更换为新的HM46液压油，在条件允许的情况下还可将油箱进行拆解清洗，将黏附在油箱内壁的劣化液压油清除干净，以免影响后期更换的液压油质量。

（二）高压缸端盖滴水故障

高压水切割设备的高压缸端盖滴水问题是设备运行中的常见故障，具体表现在高压缸端盖一端的泄漏孔出现渗水情况。这主要是因为工件加工量大、时间紧迫，当设备长期处于超负荷运行状态时会家居后端盖泄漏孔的渗水问题，随着水珠连续不断的渗出，泄漏孔渗出的水珠温度会逐渐升高并形成一定压力。同时，端盖和高压缸体连接螺纹处也会出现渗水问题，进而降低设备运行效率。

为避免引发设备停机故障，一旦发现异常情况，维修人员应及时进行停机检查。首先应将高压缸拆开，对高压缸内的静压密封区域进行检查，查看其是否存在变形损坏或橡胶熔化等情况，依照实际的故障情况、结合增压缸的工作原理，当增压器处于运转状态时，在交变应力的影响下端盖同高压缸体会出现挤压变形的情况，进而引发疲劳裂纹，直至密封圈损坏，而后当温度较高的高压水流入端盖和高压缸体的腔体内，泄漏孔和连接螺纹便会出现滴水现象[3]。因此，需及时更换全新的密封件，当拆解油活塞时，需要注意保护好与其连接的陶瓷高压柱塞杆，避免暴力拆解损坏杆体，以防造成二次故障问题。

（三）切割头故障

切割头是高压水切割设备的主要零部件，其承受着高压水和磨料的相互作用力，具备承上启下的功能。但在设备运行期间，切割头时常出现喷嘴前端漏水、打孔时水逆流、射流形状不对称以及切割性能低、切割面粗糙等诸多问题。如此一来，不仅降低了高压水切割设备的运行效率，还影响了工件加工质量。

为及时恢复切割头的运行状态，检修人员要根据具体情况确定故障解决方法。就喷嘴前端漏水问题，通常是由于启闭阀动作不精准、喷嘴密封不严等问题所导致，检修人员可对阀座进行整修，或更换部分受损零件，同时还可更换密封垫、适当提升喷嘴高度。在对于射流形状不对称的问题，大多是由喷嘴内杂物、喷嘴磨损或割头倾斜等问题引发的故障，检修时工作人员可及时清洗喷嘴、更换全新的喷嘴，依照设定参数将割头调整至垂直状态，保证其切割效果能满足工件加工的高质量要求。

结束语：

市场化经济的快速发展促进了工厂制造业的生产进度，高压水切割设备作为当前工业生产中广泛应用的高效率机械，其故障问题严重影响了工件加工质量和企业生产效率。在实际生产中，为有效降低高压水切割设备的故障问题，提高整体设备的工作效率，相关人员要充分了解高压水切割设备的运行原理，结合实践经验对其故障问题进行深入分析，依照高压水切割设备的运行环境和运行指标对其潜在故障和故障原理予以确定，全面优化设备运行指标、改善加工精度，为加工企业长效发展提供有力支持。

参考文献：

[1]张聪华,黄生庆,朱朝利.浅谈水切割机床的特点及其压力异常的处理方式[J].化工装备技术,2019,40(02):55-58.

[2]曾永龙,闻臻,许正洁,蔡毅.高压水切割设备故障诊断分析[J].设备管理与维修，2014（03）：19-22.

[3]曾永龙,闻臻,高思左,许正洁.高压水切割设备故障诊断[J].制造技术与机床，2013（10）：113-116.