直縫埋弧焊管生產線預彎機振動原因分析及預防措施

李俊華

（中石化石油機械股份有限公司沙市鋼管分公司， 湖北 荊州434000）

0 前 言

預彎機是直縫埋弧焊鋼管生產線的重要組成部分， 其目的是將成型機軋不到的板材邊緣預先軋制達到鋼管半徑的弧度。 預彎邊壓力機由兩個機架對稱組成， 每個機架上有兩組油缸， 兩組油缸同步上升、 下降， 以實現對鋼板板邊的折彎[1-7]。

中石化石油機械股份有限公司沙市鋼管分公司直縫焊管生產線的預彎機由于噸位大、 系統壓力高， 使用過程中不同程度出現了問題， 主要有： ①同步上升過程中， 在快進和工進切換點（光柵顯示380） 處下梁找平出現抖動和異響；②回程缸活塞桿與下梁的連接螺栓 （提升環螺栓） 頻繁斷裂； ③液壓系統密封件失效漏油；④回路軟管破裂等[8-9]。

本研究針對預彎機工作過程中出現的問題，分析了預彎機振動的原因以及振動對設備的影響， 尋找對應的解決方案， 從而降低設備維護成本， 延長設備使用壽命。

1 預彎機下梁水平方向位移及振動分析

1.1 預彎機的機械結構

預彎機單側有2 個油缸組， 下梁及下模安裝在兩個油缸組上， 兩個油缸組上升、 下降同步運動。 下梁兩端各安裝一塊導向板， 導向板與下梁間通過十字鍵連接， 下梁結構如圖1 所示。 機架上的機架導向柱垂直， 導向板上的銅滑板與機架導向柱間相對滑動， 導向板垂直上下運動， 實現對下梁上下運動進行垂直導向。

圖1 預彎機下梁結構示意圖

1.2 振動原因

由于導向板、 下梁等零部件尺寸大， 安裝空間位置小， 調整困難， 為了設備維修時方便安裝，導向板與下梁導向柱間的導向間隙大于1 mm。 導向銅板為長方體整塊結構， 安裝后導向板與機架導向柱的間隙不能調整。 下梁上下運動過程中，由于受力狀態變化， 下梁和導向板會整體出現水平方向的位移和振動。 以機架為基準， 在50%壓力情況下生產時， 利用百分表對油缸和下梁分別進行鋼板寬度方向和長度方向的水平位移測量， 具體數據見表1。

表1 油缸及下梁水平位移測量結果

1.3 振動危害及預防措施

預彎機油缸靠螺栓固定在機架上， 下梁與油缸的連接如圖2 所示， 提升環螺絲連接回程油缸活塞與下梁， 提升環與活塞桿端部件的間隙為2.5 mm。 通過測量發現， 下梁與油缸工作時發生位移的方向和距離不一致， 最大位移量超出了提升環間隙的設計值， 導致提升環連接螺栓干涉產生剪切力， 頻繁斷裂。

圖2 下梁與油缸連接示意圖

下梁鋼板寬度方向楔形導向結構如圖3 所示。 機架導向柱滑動導向由三塊平板銅滑板結構組成， 下梁在安裝后無法進行間隙調整。 將平板導向結構更改為楔塊可調結構。 鋼板寬度方向導向： 定位銅板厚度一定， 作為下梁位置基準， 保證油缸和下梁相對位置固定； 調整螺絲壓緊楔快， 楔塊間相對滑動， 減小導向間隙， 提高導向精度。 鋼板長度方向導向： 一端導向銅板為平板， 另一端為楔形銅板結構， 通過調整楔形銅板來進行導向間隙調整。 對油缸固定螺栓和壓塊進行調整緊固， 減小油缸的位移。

增大提升環與活塞桿件的安裝間隙， 將提升環孔徑增大6 mm， 間隙尺寸增大到5.5 mm。 生產實踐表明， 增大間隙能消除水平位移引起的干涉受力， 進而解決提升環螺絲斷裂的問題。

圖3 下梁鋼板寬度方向楔形導向結構示意圖

2 上升過程中振動分析及預防措施

2.1 下梁同步運動控制

預彎機油缸同步運動采用DNC60 控制，DNC60 是2 軸數控， 所以每邊機架兩個油缸組各由1 個DNC60 控制， 具體控制過程為： 在接收到工作指令后， DNC 輸出電壓信號控制兩個高頻響比例閥開啟， 實現下梁同步運動； 進出口導向板上各安裝一個位置光柵測量尺， 對下梁運動位置進行測量， 下梁位置實時測量結果反饋給同步控制器DNC60 進行閉環控制， 實現進出口油缸同步工作[10-15]。

2.2 快進、 工進切換振動及預防措施

下梁兩個油缸組同步上升過程中， 受DNC 控制精度、 液壓系統執行精度和光柵測量精度等因素的影響， 實際運動中會出現同步偏差， 在運動過程中同步偏差會不斷變化， 導致下梁運動不穩定， 出現垂直方向的振動。 當同步誤差大于5 mm時， 下梁會出現明顯的抖動。

預彎機上升過程分為快進、 工進兩個階段，系統設置快進速度為8.62 mm/s， 工進速度7.44 mm/s。 快進和工進在減速斜坡行程段進行減速切換， 具體過程如圖4 所示。

圖4 預彎機油缸同步上升過程示意圖

減速斜坡行程參數控制減速快慢， 在減速段內對進出口油缸位移偏差進行同步修正。 當減速斜坡行程設置偏小、 進出口油缸同步位移出現大于5 mm 誤差時， 油缸組同步找平過快， 比例閥開口會在較短時間內快速變換， 導致液壓沖擊較大， 油缸與下梁劇烈抖動。 實踐證明， 將減速斜坡行程參數由5 增大到10， 能減緩同步找平速度， 進而降低振動。

3 結 論

（1） 平板導向結構導向間隙大， 生產過程中油缸與下梁出現不同大小、 方向的水平位移， 提升環連接螺栓受剪切力頻繁斷裂。 將平板導向結構改為楔形導向結構， 能減小導向間隙， 提高導向精度； 同時增大提升環與活塞桿件的安裝間隙， 能消除水平位移引起的干涉受力， 進而解決提升環螺絲斷裂的問題。

（2） 上升過程中減速斜坡行程設置偏低時，同步找平速度過快會引起下梁抖動， 增大減速斜坡行程設置參數能有效降低抖動。