油管加厚生產線常見運行故障分析及解決方案

雷 剛，徐能惠，鄭文達，邵國棟，高尚輝，王 旭

(金屬材料擠壓與鍛造裝備技術國家重點實驗室，陜西 西安 710032)

0 前言

加厚油管主要用于深井、超深井的采油，隨著現在油井深度的增加，加厚油管的用量也越來越大，因此油管加厚生產線能夠保證正常高效的生產運行，對于一個企業來說非常重要。但是在生產運行過程中，如何正確判斷故障原因，并迅速解決故障，對于保障生產線正常運行則非常重要。本文結合中國重型院設計制造的管端加厚生產線實際情況，就生產線運行過程中常見故障進行總結分析，以幫助企業解決問題。

1 油管加厚生產線組成及工藝流程

油管加厚生產線的組成見圖1。兩套管端加厚機，中頻感應加熱爐，步進運輸機、縱向送料輥道對面布置，滿足油管通過生產線一次加厚成型，提高產品生產效率。

生產線的工藝流程:上料臺架1將鋼管運送到定位裝置2上對齊，通過步進運輸機3運送到固定臺架4上，中頻感應加熱爐5前進對管端進行加熱，加熱到鍛造溫度后，通過步進運輸機3將加熱后的鋼管運送到縱向送料輥道7上，縱向送料輥道7將鋼管通過伺服電機驅動的輥道送入管端加厚機6，管端加厚機6對油管進行管端加厚，加厚完畢，通過縱向送料輥道7將鋼管從管端加厚機里拉出，步進運輸機3將加厚的鋼管送入中間臺架8，然后通過同樣的流程對鋼管另一端進行加厚，最后將加厚完的鋼管送入出料臺架9。

圖1 加厚生產線布置圖Fig.1 Structure of pipeline thickening production line

2 管端加厚機的結構及控制

管端加厚機作為整條生產線的關鍵設備，如圖2所示，機架7采用整體框架結構，機架上裝有4個油缸，垂直方向有三個，中間一個柱塞缸(主缸2)，兩側各裝一個活塞缸 (回程缸3)，用于動梁的快速升降及夾緊鋼管。充液閥1位于主缸上方，用于主缸補液，水平方向一個活塞缸(鐓粗缸9)驅動沖頭前進后退，起鐓粗和拔模的作用。

管端加厚機液壓控制系統采用插裝閥，滿足其高壓、大流量的特點。如圖2所示，在液壓缸的每個回路至少有一個進液閥和排液閥分別連接到P1口和T口。根據加厚機的工作狀況，在主缸、回程缸的大腔及鐓粗缸的大腔設置了卸壓閥，回程缸的小腔設置了支撐閥，鐓粗缸的小腔設置了安全閥。

圖2 管端加厚機結構液壓控制原理圖Fig.2 Schmatic diagram for hydaulic control of pipe-end thickening machine

3 生產線常見運行故障分析及解決方案

整條生產線按照依據工藝要求，通過PLC在預先編制的程序控制下運行的，PLC通過設置的接近開關來判斷該設備的狀態，通過控制各電磁閥來實現各設備的運動動作。同時在各設備運行之間設置有聯鎖信號，保證生產線正常運行。根據生產線的生產運行情況，常見的故障主要發生在電氣聯鎖信號及液壓控制閥上，特別是控制管端加厚機的插裝閥上。

3.1 初始條件未滿足時故障及解決方案

3.1.1 初始條件未滿足時的故障

由于接近開關信號或電氣聯鎖信號導致的常見故障有以下幾種:

(1)生產線自動運行無法正常啟動;

(2)生產線在自動運行過程中突然中斷;

(3)縱向送料輥道輸送鋼管不準確，輸送鋼管到位或拉出鋼管時不停止。

3.1.2 解決方案

當生產線自動運行的初始條件沒有滿足，也就是顯示各個設備初始狀態的接近開關沒有發訊時，生產線自動無法正常啟動。該生產線中有幾個保護聯鎖，均是通過PLC程序實現的。其中的一個聯鎖是步進運輸機與中頻感應加熱爐的聯鎖，當中頻感應加熱爐不在后限位時，步進運輸機就不能動作;另一個是縱向送料輥道與管端加厚機的聯鎖，當管端加厚機的動梁不在上限位時，縱向送料輥道不往壓機內運送鋼管。當PLC判斷以上聯鎖信號失常時出現故障，自動運行會中斷。為保證每一根鋼管的輸送距離一致，在加厚機的入口處安裝有紅外感應開關，當紅外感應開關發訊，伺服電機開始計數，按照設定的數值將鋼管輸送到固定位置，此時紅外開關始終發訊。當鋼管拉出時，從紅外開關信號中斷開始計數，按照設定數值將鋼管拉到固定位置。因此當紅外開關沒對正，或沒有紅外信號，或發射、接收源窗口有灰塵均會導致輸送鋼管不準確。

當出現以上故障時，通過主控室上位機顯示生產線自動啟動條件及每一個接近開關通斷狀態的監控畫面，檢查相關的接近開關是否發訊，并通過手動操作，將相應的設備運行到位，故障可以排除。

3.2 管端加厚機常見故障及解決方案

生產線的關鍵設備管端加厚機的動作主要由插裝閥控制，插裝閥結構見圖3。在實際運行中常見的就是液壓閥卡阻，也就是電磁閥或插裝閥的閥芯容易卡阻而導致加厚機動作不正常。

3.2.1 管端加厚機常見故障

(1)加厚機動梁抬不起來。

(2)加厚機動梁抬起后停不住，往下滑。

(3)鐓粗缸鐓粗時不前進。

(4)鐓粗缸拔模時拔不出來。

3.2.2 解決方案

對于管端加厚機出現以上故障時，首先要根據出現的故障現象，確定是哪幾個控制閥進行控制，然后再判斷是哪個閥出現了問題，先采用簡單的方法進行處理，如果問題不能解決，再進行拆閥清洗等辦法。

圖3 插裝閥結構圖Fig.3 Structure of cartridge valve

加厚機動梁上升時，回程缸小腔進液，大腔排液。當動梁抬不起來時，此時首先觀察回程缸小腔的壓力，當小腔有壓力時，觀察回程缸大腔及主缸的壓力，當回程缸大腔沒有壓力，主缸有壓力，就需要手動將主缸的壓力卸掉，從圖2的液壓原理圖可知，將主缸卸壓閥上電磁閥的手動應急操作器按一下，將主缸內的壓力卸掉。如果回程缸大腔有壓力，主缸沒有壓力，可以確認是回程缸大腔排液閥的故障，此時先通過手動應急按鈕，判斷一下是否是排液閥上的電磁閥卡阻，如果電磁閥卡阻，通過更換或清洗解決，電磁閥如果正常，就應該是插裝閥芯卡阻，需要將整個插裝閥拆開清洗。如果回程缸的小腔沒有壓力，可以肯定是回程缸的小腔排液閥的問題，同樣首先檢查電磁閥，如果電磁閥正常，就是插裝閥芯卡阻，需要將整個插裝閥拆開清洗。一般在生產線自動運行或加厚機半自動運行突然中斷，出現該故障，肯定是主缸內的壓力沒有卸掉，直接手動卸掉主缸壓力即可。

回程缸小腔進液閥、排液閥，還有支撐閥，支撐閥上有兩個直動式溢流閥。支撐閥的主要作用是保證動梁在任何位置停住時不至于落下來，也用于動梁下降時減速。在支撐閥的閥芯上有一個1 mm節流孔，當這個節流孔堵住后，導致支撐閥中的溢流閥失效，回程缸小腔沒有壓力，動梁在上位停不住往下滑。當出現此現象時，首先在操作臺上點動狀態下，同時按住動梁上升下降按鈕，讓回程缸大、小腔的進、排液閥同時打開，否則只能拆開支撐閥進行清洗解決。

鐓粗缸的大腔設置有進液閥、排液閥、卸壓閥，鐓粗缸的小腔設置有進液閥、排液閥、安全閥。鐓粗缸前進時分為快進和慢進，當鐓粗缸快進時，大腔的進液閥和小腔的進液閥同時打開，形成差動，當慢進時，大腔的進液閥和小腔的排液閥同時打開，此時如果出現不前進的現象，且大小腔均沒有壓力顯示，可以肯定是大腔進液閥的問題;如果小腔的進液閥、排液閥有問題，大小腔會有壓力顯示，且小腔通過安全閥溢流，鐓粗缸還會緩慢前進。此時先排除大腔進液閥的電磁閥，再考慮拆洗插裝閥。鐓粗缸后退，也就是拔模時，小腔進液閥與大腔排液閥打開。工作狀態拔模時，拔模力量與工件變形程度有關，出現拔模拔不動，首先要觀察鐓粗缸小腔的壓力，如果小腔壓力小于設定壓力，就要檢查小腔安全閥是否壓力太小。當空程后退時出現不動現象，同樣首先觀察大小腔壓力，當大小腔都沒有壓力時，可以確定是小腔進液閥的問題，當大小腔均有壓力，可以確定是大腔排液閥的問題。此時按照先排除電磁閥再進行插裝閥拆洗的順序解決。

3.3 其它故障及解決方案

除過以上常見故障，生產線在長期生產運行中還可能出現其它故障，比如機械設備故障，電器元件、液壓元件故障等等，不論出現那種故障，首先要根據設備的運轉現象進行初步分析判斷，一步一步采用排除法，即可較快地解決問題。

由以上分析可知生產線運行中的故障大多是由于接近開關的信號及液壓閥的卡阻導致的原因。要根本解決或減少故障的發生，首先在生產線安裝時應嚴格按安裝要求進行安裝，電氣接線要符合規范，特別是液壓系統管道采用亞弧焊焊接，安裝完后的沖洗，必須達到要求的清潔度。同時在生產線正常運行期間，要有必要的日常維護，并形成制度。比如每個星期安排一次小的檢修，檢查所有聯結螺釘是否松動，所有潤滑部位加注潤滑油;每半年或一年安排一次大修，檢查關鍵零部件是否磨損，加厚機頂部充液閥緊固螺釘是否松動，密封圈是否老化、漏油，檢驗液壓油是否符合要求，電氣接線是否松動，電線外保護是否老化破損等等。只有這樣，才能更好的保證生產線的正常運行，少出故障。

4 結束語

通過快速分析判斷故障原因，并盡快解決出現的故障，可以為生產線的正常運行提供保障，提高生產線的效率，同時為預防故障發生提供參考，并可作為以后生產線故障自動診斷的設計參考，為實現生產線的智能化提供一定依據。

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