軋機(jī)液壓系統(tǒng)故障攻關(guān)及國(guó)產(chǎn)化改造

李 偉，李 丹

(武漢鋼鐵股份有限公司設(shè)備維修總廠，湖北 武漢 430080)

軋制生產(chǎn)線是武漢鋼鐵股份有限公司面向市場(chǎng)提供成品的重要生產(chǎn)線，含有較多核心技術(shù)，其萬(wàn)能軋機(jī)壓上、壓下及軸向調(diào)整系統(tǒng)為目前世界上最先進(jìn)的AGC技術(shù)，含多項(xiàng)專(zhuān)利。由國(guó)外引進(jìn)投產(chǎn)后，因液壓回路、伺服液壓缸及各類(lèi)傳感器存在固有設(shè)計(jì)缺陷，在實(shí)際工況復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣的生產(chǎn)條件下，該系統(tǒng)故障頻發(fā)，作業(yè)率不高，直接威脅到生產(chǎn)的正常進(jìn)行，影響了產(chǎn)品質(zhì)量。而且由于進(jìn)口備件昂貴，給檢修維護(hù)造成了較大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

為解決上述問(wèn)題，對(duì)液壓系統(tǒng)及伺服液壓缸進(jìn)行了改造和國(guó)產(chǎn)化試制，經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)用證明，改造效果很好。

一、改造前萬(wàn)能軋機(jī)的工作狀況

1.萬(wàn)能軋機(jī)主要元件布置

萬(wàn)能軋機(jī)采用AGC技術(shù)，該技術(shù)是以厚度計(jì)模型為基礎(chǔ)，通過(guò)液壓伺服系統(tǒng)的伺服液壓缸及時(shí)調(diào)整上、下水平輥及立輥輥縫值，達(dá)到軋出厚度恒定的目標(biāo)。液壓伺服系統(tǒng)的伺服液壓缸為SMS制造，其中水平伺服液壓缸12臺(tái)，立輥伺服液壓缸八臺(tái)。該伺服缸結(jié)構(gòu)獨(dú)特：活塞桿直徑大，活塞與活塞桿直徑比為1.07；工作行程短(1～0.01mm)，推力大；液壓缸有桿腔回油路，設(shè)置背壓為30MPa，頻率響應(yīng)高（3次/s）；缸套密封件是MerkeL公司為SMS量身定制的；活塞桿和活塞密封采用了改進(jìn)型格來(lái)圈和斯特封；超寬導(dǎo)向帶（60mm）；同時(shí)在液壓缸外部設(shè)置了導(dǎo)向柱，防止液壓缸活塞桿轉(zhuǎn)動(dòng)和偏載。另外，軋機(jī)上有壓力、位移傳感器共16個(gè)，主要安裝在各伺服液壓油缸內(nèi)。

2.工況分析

在軋制過(guò)程中，水平伺服液壓缸用于調(diào)整上、下水平輥輥縫：在軋件進(jìn)軋機(jī)前，萬(wàn)能TGS(工藝控制系統(tǒng))調(diào)整水平伺服液壓缸使輥縫達(dá)到道次要求，軌制力為3 800kN，軋件在萬(wàn)能軋機(jī)內(nèi)的軋制時(shí)間約為100s，在軋件進(jìn)軋機(jī)后還要根據(jù)實(shí)際情況不斷對(duì)輥縫進(jìn)行微調(diào)。由于萬(wàn)能軋機(jī)在運(yùn)行時(shí)需大量冷卻水冷卻軋輥，大量混合氧化鐵渣的冷卻水不斷沖擊下水平伺服液壓缸活塞桿，造成該液壓缸工況十分惡劣。另外，萬(wàn)能軋機(jī)區(qū)域各類(lèi)傳感器主要安裝在每臺(tái)軋機(jī)的伺服液壓油缸內(nèi)，軋制過(guò)程中，當(dāng)伺服液壓缸密封保護(hù)效果變差時(shí)，污物極易被沖到液壓缸內(nèi)部，造成傳感器失效或損壞。

在萬(wàn)能軋機(jī)最初投產(chǎn)的半年時(shí)間里，僅軋機(jī)操作側(cè)的下水平伺服液壓缸外泄就造成停機(jī)近30h。在1年時(shí)間里，由于伺服液壓缸外泄原因，更換23臺(tái)伺服液壓缸，多次被迫中斷生產(chǎn)。

二、故障原因分析

1.密封損壞原因分析

對(duì)損壞的伺服液壓缸解體發(fā)現(xiàn)，防塵圈、密封圈定位槽及導(dǎo)向環(huán)內(nèi)均堆滿(mǎn)粉末狀污物，甚至部分導(dǎo)向環(huán)出現(xiàn)非正常磨損，但是在密封圈未完全損壞的缸內(nèi)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)污物，對(duì)缸體內(nèi)殘留油樣化驗(yàn)結(jié)果也正常，因而可以確定防塵圈和密封圈損壞是由外部污物造成的。

經(jīng)過(guò)對(duì)液壓缸的檢測(cè)，確認(rèn)了各零件制造精度無(wú)誤。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)防塵圈采用的是Merker PT2防塵圈（如圖1中標(biāo)號(hào)205所示），該防塵圈由一個(gè)帶有密封刃口和防塵刃口的PTFE異形圈和二個(gè)用作預(yù)加載元件的O形圈組成的雙唇口防塵圈（如圖2所示），材料是PTFE/青銅復(fù)合材料，具有低摩擦性，特別適用短行程、大直徑活塞桿，具有極佳的除塵效果，但該防塵圈并不防水，因此混有氧化鐵渣的冷卻水極易被沖進(jìn)伺服液壓缸內(nèi)部。

圖1 伺服液壓缸結(jié)構(gòu)圖

圖2 PT2防塵圈

2.液壓系統(tǒng)對(duì)密封的影響

伺服液壓缸的有桿腔壓力為系統(tǒng)壓力，中間無(wú)控制閥，當(dāng)液壓桿無(wú)負(fù)載時(shí)，有桿腔始終保持約30MPa的高壓，對(duì)密封元件影響極大。由于缸外雜質(zhì)的侵入，使OMS-S型桿封磨損，造成密封圈無(wú)壓側(cè)被擠出定位槽，進(jìn)而迅速損壞。

三、改進(jìn)方案及國(guó)產(chǎn)化試制

1.對(duì)伺服液壓缸的改造及國(guó)產(chǎn)化試制

（1）針對(duì)PT2防塵圈不防水的缺點(diǎn)，在PT2防塵圈前增加了一個(gè)防水蓋，在防水蓋中加裝了一個(gè)自行設(shè)計(jì)的防水密封圈，阻止水接觸PT2防塵圈，使活塞桿密封免受外部污物的損傷提高活塞桿密封圈的壽命。

對(duì)于進(jìn)口伺服缸防塵能力不足等問(wèn)題，考慮到在缸的前蓋（上腔）里已經(jīng)沒(méi)有足夠的空間再加一道防塵封，重新制作缸前蓋，將前蓋里的防塵封溝槽、活塞桿封溝槽、導(dǎo)向帶溝槽下移，在防塵封溝槽上方新加工一個(gè)溝槽，用于安裝一個(gè)防水蓋板，防水蓋板上的溝槽安裝一個(gè)特殊聚安脂材料制作的Y形封，形成兩道防塵封。

（2）針對(duì)該水平伺服液壓缸活塞桿直徑大、背壓高、行程短（微動(dòng)）及頻率響應(yīng)高（3次/s）等特點(diǎn)，在國(guó)產(chǎn)化試制過(guò)程中，設(shè)計(jì)將精度等級(jí)由7級(jí)提高到6級(jí)，結(jié)合此液壓缸的工況，對(duì)活塞桿的不圓度、不柱度均要求≤0.01mm。缸筒表面活塞桿表面粗糙度Ra≤0.2μm，缸筒材質(zhì)選用42GrMn鍛件，活塞桿材質(zhì)選用40Cr鍛件調(diào)質(zhì)處理，外表面鍍鉻后超精磨。對(duì)換下待修復(fù)的活塞桿表面采取重新鍍硬鉻工藝，恢復(fù)活塞桿尺寸精度，進(jìn)一步降低備件成本。國(guó)產(chǎn)化試制的伺服液壓缸，精度等級(jí)比進(jìn)口缸合理地進(jìn)行了提高，性能也有所提高，避免活塞桿和缸筒因幾何精度不足而造成的微量不同心，而形成單邊間隙過(guò)大、單邊磨現(xiàn)象。

2.對(duì)液壓系統(tǒng)回路進(jìn)行改造

降低上腔壓力也是嘗試手段，首先選擇減壓閥，考慮回油問(wèn)題選擇了三通減壓閥。三通減壓閥型號(hào)為：3DR10 P5-6X/200Y/00M，最高工作壓力31.5MPa，最大流量120L/min。控制一架軋機(jī)及四臺(tái)伺服液壓缸有桿腔壓力（保持壓力穩(wěn)定），四臺(tái)液壓缸總計(jì)流量20L/min，系統(tǒng)工作壓力30MPa，可調(diào)整壓力至20MPa，因此所選三通減壓閥能滿(mǎn)足使用要求。預(yù)計(jì)將有桿腔壓力降至9MPa，同步在TCS系統(tǒng)（電氣控制程序）中以計(jì)算軋制力為結(jié)果的相關(guān)參數(shù)作修改，具體計(jì)算如下。

受力分析見(jiàn)圖3。

圖3

伺服液壓缸型號(hào)：460/430-155

得出伺服液壓缸面積比：A1/A3=7.93

根據(jù)公式伺服液壓缸外伸（未降低有桿腔壓力前）：

根據(jù)公式伺服液壓缸回程（未降低有桿腔壓力前）：

降低壓力后無(wú)論油缸是外伸還是回程，下腔壓力P1會(huì)隨之負(fù)載而變化，并始終以位置控制為基準(zhǔn)，保持足夠的軋制力。該負(fù)載力計(jì)算可在今后調(diào)整壓力參數(shù)時(shí)進(jìn)行參考。

另外從安全生產(chǎn)檢修的角度考慮，在回路中布置了二個(gè)高壓截止閥，關(guān)閉截止閥即可快速恢復(fù)原壓力或?qū)Τ霈F(xiàn)故障的伺服缸進(jìn)行維修。

四、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述改造及國(guó)產(chǎn)化試制，設(shè)備問(wèn)題導(dǎo)致的產(chǎn)品缺陷量比上年減少50%，油缸國(guó)產(chǎn)化后，備件成本降低30%左右，故障時(shí)間比上年減少50%以上，使用周期達(dá)到360天，改進(jìn)效果明顯。