寬厚板軋機彎輥系統(tǒng)故障分析與改進

摘要 本文描述湘鋼3800 mm軋機彎輥系統(tǒng)基本功能、原理，并通過對彎輥系統(tǒng)所出現(xiàn)的問題進行持續(xù)跟蹤、改進，解決了軋機彎輥系統(tǒng)頻繁出現(xiàn)了各類問題，減少了事故，提高生產(chǎn)效率，改善鋼板形狀。

關(guān)鍵詞 彎輥缸；伺服閥；承壓頭；彎輥力；板形

中圖分類號 TG333 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)051-0146-02

湘鋼3800 mm軋機為SEMAC設(shè)計，中國一重制造。其中電控系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和部分關(guān)鍵機械設(shè)備為進口設(shè)備。彎輥系統(tǒng)是中厚板軋機重要的組成部分，對板型控制起到至關(guān)重要作用。通過低溫、大壓下量軋制方式從而獲得強度更高、性能更全面的現(xiàn)代軋制工藝方法對中厚板軋機彎輥系統(tǒng)提出了更高的要求。

1 系統(tǒng)組成、功能及原理

1）組成：3800 mm軋機彎輥系統(tǒng)主要構(gòu)成：伺服液壓站、液壓控制回路（伺服閥、液控單向閥、溢流閥）、壓力傳感器、PLC和16個彎輥缸構(gòu)成。液壓原理：彎輥缸活塞側(cè)和桿側(cè)分開控制，桿側(cè)是通過一個三通減壓閥加切斷閥，壓力穩(wěn)定在40bar，從而保證軋鋼時活塞與缸頭無直接接觸；換輥時能自動收回去。活塞側(cè)液壓回路中有平衡功能回路和彎輥功能回路兩部分，采用并聯(lián)連接，兩個各自獨立的回路上都有插裝式切斷閥并通過先導(dǎo)控制閥進行控制切斷，從而保證檢修和事故狀況下的回路安全可靠。

2）功能：①緊急平衡功能，下工作輥彎輥缸的活塞側(cè)壓力為30 bar，作用是讓下工作輥緊貼下支撐輥防止咬鋼和拋鋼時跳動；上輥油缸活塞側(cè)壓力為110 bar，作用：平衡掉上工作輥的重力、使上工作輥緊貼上支撐防止咬鋼、拋鋼時跳動。當(dāng)彎輥功能出現(xiàn)故障時，可切換到緊急平衡功能，保證生產(chǎn)的延續(xù)進行。②彎輥功能：軋制以前，彎輥缸產(chǎn)生比較大的作用力，迫使工作輥產(chǎn)生一定的反向預(yù)彎曲，消除掉軋鋼時輥系中間變形量，保證鋼板厚度均勻和良好的板形。

圖1

3）工作原理：當(dāng)軋機L2接收到鋼板信息后，軋制模型會自動計算出每一道次需要的彎輥力，后將彎輥力自動發(fā)給TCS系統(tǒng)（L1），此時PLC根據(jù)此期望彎輥力和現(xiàn)場傳感器檢測到的實際彎輥力進行比較，計算出偏差后，將此偏差信號送到伺服閥上從而達到期望的彎輥力。當(dāng)鋼板在軋制過程中，為保證鋼板平直度，此時根據(jù)檢測到實際軋制力對彎輥力再進行不停地修正，從而保證鋼板的平直度和板形。控制原理如圖1所示。

2 主要故障分析方法和處理措施

1）彎輥力上不去造成鋼板中浪。彎輥力是通過壓力傳感器、伺服閥以及PLC進行閉環(huán)控制，在實際生產(chǎn)中，由于壓力傳感器測壓不準確導(dǎo)致實際閉環(huán)控制未起到作用；油缸內(nèi)泄、溢流閥調(diào)節(jié)彈簧問題造成伺服閥調(diào)節(jié)超調(diào)等原因造成實際彎輥力比期望彎輥力低，導(dǎo)致鋼板出現(xiàn)中浪現(xiàn)象。對于傳感器問題，判斷方法：將兩側(cè)彎輥力傳感器放在一起比較，正常情況下，兩側(cè)的彎輥力很相近，相差不過200 KN左右，而且伺服閥的輸出變化量也近似同步，明顯不同步時，說明力的反饋環(huán)不穩(wěn)定。對于因泄漏引起的彎輥力上不去，從伺服閥的給定、油管的溫度、聲音都可以判斷出此故障。發(fā)生泄漏、或溢流閥問題時產(chǎn)生溢流時，此時該側(cè)伺服閥的輸出量明顯大于另外一側(cè)輸出量，油管的溫度或溢流閥的溫度也較正常一側(cè)回路高很多，如果溢流量較大時，在閥臺附近也能聽到油流的聲音。

圖2

2）上彎輥缸底板接頭漏油、伺服系統(tǒng)閥臺回油管漏油。①底板接頭漏油：3800 mm軋機上彎輥活塞側(cè)油管自投產(chǎn)以來頻繁出現(xiàn)漏油情況，主要原因是接頭松動引起。軋鋼時，每一道次的輥縫需要不停地調(diào)節(jié)，上輥需要上下動作多次，故彎輥油管也被扯動多次，另上支撐輥軸承座與牌坊之間存在一定間隙，軋鋼時支承輥存在擺動現(xiàn)象。由于這兩個現(xiàn)象導(dǎo)致彎輥缸底板油管接頭松動漏油，經(jīng)不停的嘗試和力學(xué)分析以后，我們選擇加工整體式彎輥缸底板，并將長度延伸200 mm，油口采用SAE11/2的連接，改造完以后，此處故障徹底消除掉。②伺服閥臺回油管漏油：彎輥系統(tǒng)瞬時流量達到400 L/min，當(dāng)軋機咬瞬間，彎輥力急劇上升，為保彎輥力快速穩(wěn)定，彎輥伺服回路快速泄壓，此時導(dǎo)致回油單向閥R44，DN80單向閥壓力快速升高，并推動閥芯撞擊銅質(zhì)閥體，常時間之后，單向閥閥體支撐柱塌邊，閥芯進入回油管路中，并造成回油壓力上升，直接沖破密封。經(jīng)過現(xiàn)場反復(fù)試驗，不管采用硬質(zhì)密封、聚合物密封都不行。由于回油過濾器以前有總管單向閥，能夠給回油管一個背壓。我們將此彎輥伺服閥臺回油單向閥閥芯摘除，將原有的平面密封改成DIN標準O型圈密封，此故障自改造后，徹底消除。

3）換輥時彎輥鎖不回。3 800 mm軋機換輥時經(jīng)常出現(xiàn)彎輥不能正?？s回，主要原因有：①油缸桿側(cè)回路中三通減壓閥輸出壓力不夠，不能消除掉彎輥缸的重量。三通減少閥輸出壓力低的原因有先導(dǎo)閥調(diào)整彈簧松動、斷裂等導(dǎo)致預(yù)緊力不夠，造成先導(dǎo)控制壓力不夠，導(dǎo)致實際輸出壓力不夠；先導(dǎo)阻尼孔和主閥芯阻尼孔存在堵塞導(dǎo)致主閥芯力兩側(cè)控制腔壓力不平衡，閥芯被迫移動，建立新的平衡，也造成實際輸出壓力不夠。此種現(xiàn)象只要排除掉三通減壓故障后，就可回復(fù)正常。②油缸內(nèi)泄，導(dǎo)致桿側(cè)液壓油竄到活塞側(cè)，又因為換輥時，活塞側(cè)泄壓以后，右路自動封閉。導(dǎo)致活塞側(cè)壓力最終和桿側(cè)壓力相同，但因活塞側(cè)實際作用面積大于桿側(cè)實際作用面積，造成活塞側(cè)液壓力大于桿側(cè)液壓力，油缸最終伸出而無法縮回。此時需要捅先導(dǎo)控制閥將活塞側(cè)彎輥回路主油路接通，拔掉伺服閥插頭，讓伺服閥處于A-T位置（事故情況下自動泄壓位置），即可將彎輥缸縮回去。③未走正常換輥程序，導(dǎo)致TCS狀態(tài)不對，油缸活塞側(cè)沒有泄壓，彎輥缸縮不回去。

4）彎輥缸失效原因分析①油缸活塞桿漏油，原因：承壓頭碎裂。寬厚板投產(chǎn)前期，下彎輥缸使用壽命不到3個月就頻繁出現(xiàn)油缸缸頭漏油?，F(xiàn)象為工作輥軸承座上耐磨墊變形，彎輥缸活塞桿承壓頭碎裂，活塞桿變形并損壞防塵圈、拉壞油缸活塞桿密封。通過觀察和分析發(fā)現(xiàn)：咬鋼時，彎輥力快速上升，承壓頭瞬間受力；工作輥受反向力作用往軋制方向瞬間后側(cè)，導(dǎo)致耐磨墊與承壓頭之間快速產(chǎn)生搓動力；拋鋼瞬間也一樣。軋鋼時由于鋼板頭部形狀不規(guī)則，同板厚度、溫度不均勻?qū)е略谝т撍查g工作輥軸承座左右傾斜，使得耐磨墊與承壓頭之間局部接觸，單位載荷很高。由以上1和2兩種因素導(dǎo)致彎輥缸承壓頭局部受力，使用一段時間后就開裂，并導(dǎo)致活塞桿炸開，損壞防塵圈、拉傷密封導(dǎo)致漏油。通過頻繁更換耐磨墊和承壓頭的材質(zhì)與熱處理工藝，最終找到了規(guī)律：耐磨墊的硬度必須小于承壓頭的硬度，耐磨墊硬度在38-40 HRC，承壓頭硬度在50 HRC，（經(jīng)熱處理強化后，如果硬度太高，承壓頭塑性能力變差，56 HRC以上時，承壓頭就出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象）。這樣耐磨墊變形后我們可以在工作輥下線磨削時可以將其更換，從而保證油缸更換周期內(nèi)，承壓頭部變形，保護油缸活塞桿不變形損壞密封。②油缸內(nèi)泄，原因：活塞尺寸精度不滿足要求。缸筒尺寸超標，缸筒原始尺寸為200H7，下線后檢測發(fā)現(xiàn)最大尺寸處為200.2 mm.超出標準，導(dǎo)致活塞密封補償不足，運行一段時間出現(xiàn)輕微磨損以后漏油。活塞桿密封處溝槽倒角過大。標準為R0.5，實際上達到了R2以上，導(dǎo)致密封受壓后出現(xiàn)了明顯的變形，失去補償和密封功能，導(dǎo)致油缸內(nèi)泄。

3 結(jié)束語

通過對彎輥系統(tǒng)出現(xiàn)的故障，從原理上分析，找到彎輥系統(tǒng)各故障的源頭，并予以處理，為軋鋼液壓傳動設(shè)備故障判斷和分析提供了一種方法，為生產(chǎn)提供保證。

參考文獻

[1]黃志堅.液壓設(shè)備故障分析與改進[M].華中理工出版社，1999，01.

[2]王春行.液壓伺服控制系統(tǒng)[M].機械工業(yè)出版史，1981.