中板軋機工作輥平衡缸的改進優化

謝偉東

（齊齊哈爾工程學院，齊齊哈爾 161000）

工作輥平衡缸是中板軋機的重要組成部分，主要由控制閥組、系統管道和平衡缸3個部分組成。其中，平衡缸內有活塞桿，可以使工作輥與支承輥緊密貼合，達到平衡中板軋機各部分力的效果。工作輥平衡缸的工作環境惡劣。中板軋機在運轉過程中不斷咬鋼、拋鋼，會加速工作輥平衡缸的損耗，增加故障發生率，縮短其使用壽命，不僅會降低中板軋機的正常生產效率，影響產品質量，也會增加維修成本，降低經濟效益[1]。因此，有必要在結構上對工作輥平衡缸進行改進優化，以延長其使用壽命。

1 平衡缸的常見問題

根據以往中板軋機生產加工中厚度鋼板的經驗，工作輥平衡缸在工作中常出現以下3種問題。第一，壓蓋螺栓切斷后自位桿掉落使平衡缸喪失功能。第二，平衡缸密封失效造成缸內外泄漏。第三，上、下平衡缸與設備連接處軟/硬管接頭斷裂。

2 原因分析

第一，中板軋機咬鋼前，工作輥所受平衡力相對小于軋機的軋制力，因此無法將工作輥推至軋制力后水平位置。此外，工作輥的水平位置會在軋機咬鋼前后發生改變，帶動平衡缸活塞運動，可能會損傷導向套和油封，使發生塑變破壞，導致功能失效[2]。

第二，工作輥位置在中板軋機拋鋼時的變化幅度較軋機咬鋼時相對要小，但是拋鋼時由于軋輥裝置的彈復作用，輥的開口度降低，會在彈復的瞬間造成工作輥軸承與平衡缸內活塞壓力增加，明顯大于平衡時的壓力，驅使活塞水平運動，從而產生破壞效果。

第三，平衡缸活塞受水平力時無支撐，與懸臂梁相似。受力的程度與工作輥的開口度存在相關性，開口越大，懸臂越長，活塞的受力條件越惡劣。在導向管在巨大力的作用下，這樣越容易發生損壞[3]。

第四，中板軋機軋制鋼板時會產生高強度的震動，而頻繁的震動是造成管路斷裂的重要原因，特別是硬管斷裂。硬管較長又安裝在空間狹小的凹槽內，故障后難以快速取出維修，常導致封缸甚至換缸，影響設備運行。另外，輥系在軋機運作過程中不斷上下動作，也有可能引起上平衡缸軟管連接處發生反向扭轉，造成漏油噴油。

3 改進措施

3.1 壓蓋螺栓切斷問題改進

以往的中板軋機，工作輥軋制時發生水平位移，會作用于平衡缸自位桿產生側向剪切力。壓蓋螺栓切斷后，剪切力作用下自位桿掉落，無法發揮壓緊作用，影響平衡缸功能。想要解決這一問題，可以從以下兩個方面著手：一是減少或消除工作輥軋制造成的自位桿剪切力；二是優化改進平衡缸壓蓋結構，以降低壓蓋螺栓所承受剪切力。鑒于前者在實踐中開展過于復雜和困難，改進平衡缸加蓋結構成為首選方案。實際工作中，設計在壓蓋上增加一個止口，可很好地解決壓蓋螺栓的受力問題。

3.2 平衡缸密封失效改進

中板軋機運轉過程中產生的剪切力，會通過自位桿傳導至平衡缸的活塞部分。如果平衡缸的原設計耐磨性不佳、導向性不強，會對密封造成不利影響。在長期高強度側向剪切力的作用下，密封很容易變形而出現平衡缸內瀉[4]?；谄胶飧壮掷m供油的狀態，針對活塞側向剪切力大的問題，可以將原有的單邊活塞密封改為雙向組合密封，以減少剪切力對活塞的沖擊。另外，雙向密封也能減小密封與缸筒間的摩擦，增加密封磨損后的補償性。這樣不僅可以有效減少平衡缸密封失效，解決平衡缸內泄漏問題，還能使油缸的動作更靈敏，提高軋機運轉效率。但是，此法無法通過自行改良制作來完成，實際工作中通過與中板軋鋼生產廠家進行溝通交涉來進行優化改進。

3.3 上平衡缸管路連接改進

上平衡缸的管路接頭很多，減少接頭數量即減少故障隱患點，對預防中板軋機震動和輥系上下動作至軟管連接處反向扭轉所致管道故障具有積極作用[5]。因此，基于平衡缸的動作原理，綜合考慮上平衡缸管路設計與作用，決定將上平衡缸原有的內置式油路改為外置式。具體地，在缸體左側面加工兩個合適規格的孔，使缸體兩側柱塞的進液孔和回液孔可以通過這兩個孔直接在缸體內部串聯。連接完成后，以工藝手法有效密封加工孔，再經由高壓膠管，以對絲與缸體下的進液孔和回液孔相連接。這樣一來改平衡缸外置油管為內置，可以有效消除缸體外側管路連接，從而減少管路接頭。此法簡單方便，改進完成后更易于膠管操作，有助于提高作業效率，見圖1。

圖1 上平衡缸內置式油路改進示意圖

3.4 下平衡缸管路連接改進

針對強震動所致下平衡缸硬質管路斷裂的問題，主要優化改進思路為消除硬質管路，特別是缸體側面呈懸臂結構的硬質管路。

方案一。封掉缸體側面的進液孔和回液孔，改以在缸體上段開孔作為進液和回液的通路，并借助高壓軟管將其與原油路直接串通連接在一起。此法可以有效消除硬管，解決了長懸臂硬管容易斷裂的問題。此外，改變油管接頭的位置，解決了管路位置空間狹窄、操作不便的問題。實際改進工作中，還可以堆焊硬管部位預留的凹槽，通過增加滑板接觸面積來加大承載力。

方案二。直接將機架到平衡缸一段中的部分管路改為軟管連接，使用一個高壓球閥作為平衡缸接頭，并以密封膠有效密封接頭螺紋連接處，從而減少軋機震動所致下平衡缸硬管斷裂的問題，提高管路可靠性，見圖2。高壓球閥的使用還能解決工作輥平衡缸單缸故障維修時間長的問題。以往平衡缸發生故障后，需要先實現管路與油缸的脫開，再在管路上安裝一個堵頭，全程耗時在40 min以上。加裝高壓球閥后，如果平衡缸發生故障，只需要關閉相應連接的閥門即可，操作一般在5 min，大大縮短了故障處理時間，有助于快速恢復生產。

圖2 下平衡缸管路改進優化示意圖

4 結語

針對中板軋機工作輥平衡缸存在的問題進行優化，改進缸體自位桿壓蓋結構，通過增加止口來消除壓蓋螺栓剪切力，以維持平衡缸功能。針對活塞密封失效問題，優化設計油缸活塞密封結構，將原有的單邊活塞密封改為雙向組合密封，并使用新型密封材料，以減少剪切力沖擊，提高密封效果。針對平衡缸與設備連接處管路接頭斷裂漏油的問題，通過以軟管代替硬管的方式來吸收軋機軋制時強震動對管路的沖擊，同時在管路上加高壓球閥，提高平衡缸可控性，有利于縮短軋機工作輥平衡缸的維修時間，降低維修成本，對保證中板軋機安全穩定運行具有積極作用，可以確保鋼板生產加工順利開展。