軋輥軸承座拆裝機(jī)液壓系統(tǒng)故障分析及改進(jìn)

侯方羊，敖火平，鐘良偉，胡志輝

（中冶南方（新余）冷軋新材料技術(shù)有限公司，江西新余 338001）

0 引言

軋輥軸承座拆裝機(jī)是軋機(jī)配套設(shè)備中的關(guān)鍵設(shè)備，主要作用是將軋機(jī)軋輥軸承座拆卸后，方便軋輥上磨床俢磨或者將軋輥軸承座裝好提供給軋機(jī)軋制硅鋼。軋輥軸承座拆裝機(jī)液壓系統(tǒng)是配輥設(shè)備重要組成部分，所有的執(zhí)行動(dòng)作都由液壓控制，由于軋輥消耗高，軋輥軸承座拆裝機(jī)液壓系統(tǒng)動(dòng)作頻繁，故障率較高。通過對(duì)軋輥液壓系統(tǒng)故障統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，問題主要集中在支承輥旋轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)上。故障原因有液壓系統(tǒng)工作壓力過高，液壓馬達(dá)額定壓力低于系統(tǒng)壓力，旋轉(zhuǎn)液壓閥組選型不合理，導(dǎo)致液壓馬達(dá)泄漏。

1 工作原理及機(jī)構(gòu)特征

1.1 工作原理

軋輥軸承座拆裝機(jī)工作原理：先將待拆或待裝的軋輥放在托架上，然后兩側(cè)垂直液壓缸下降到合適位置，最后由可以縱向和橫向運(yùn)動(dòng)的拖板將軋輥軸承座拉出拆下或推進(jìn)裝上。

1.2 機(jī)構(gòu)特征

軋輥軸承座拆裝機(jī)各運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)均采用液壓驅(qū)動(dòng)-電氣控制操作方式。拆裝車工作臺(tái)的垂直升降運(yùn)動(dòng)及縱向左右運(yùn)動(dòng)、兩端拖板的橫向前后運(yùn)動(dòng)均采用大直徑高功率液壓缸。中間工作臺(tái)上支撐輥的正反向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)則采用低速大功率液壓馬達(dá)。

2 液壓系統(tǒng)改進(jìn)前情況

2.1 液壓系統(tǒng)主要功能及工作原理

液壓系統(tǒng)主要功能：1#拉拔前進(jìn)/后退、2#拉拔前進(jìn)/后退、1#托板前進(jìn)/后退、2#托板前進(jìn)/后退、1#升降臺(tái)上升/下降、2#升降臺(tái)上升/下降及液壓馬達(dá)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)。主要功能液壓原理見圖1。

圖1 液壓系統(tǒng)原理

2.2 液壓系統(tǒng)存在的問題

軋輥軸承座拆裝機(jī)液壓系統(tǒng)存在2個(gè)問題：淤啟動(dòng)液壓系統(tǒng)加壓正常工作中，未操作液壓馬達(dá)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)按鈕，液壓馬達(dá)泄漏；于更換支承輥軸承座需要旋轉(zhuǎn)支承輥時(shí)，每次正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)不到3 min液壓馬達(dá)開始嚴(yán)重泄漏。

3 液壓系統(tǒng)故障分析

（1）針對(duì)液壓馬達(dá)在未操作的情況出現(xiàn)泄漏，從圖1液壓原理可以看出，馬達(dá)控制閥組由保壓型中位機(jī)能的三位四通換向閥和雙單項(xiàng)節(jié)流閥組成。通過分析控制液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的閥組和泄漏時(shí)運(yùn)行情況，判斷原因?yàn)閾Q向閥內(nèi)部存在泄漏。

（2）針對(duì)液壓馬達(dá)在短時(shí)間旋轉(zhuǎn)出現(xiàn)泄漏情況，查看銘牌標(biāo)識(shí)液壓馬達(dá)的技術(shù)參數(shù)，排量0.664 L/r，最高工作壓力25 MPa，額定輸出扭矩1572 N·m。液壓系統(tǒng)要求的系統(tǒng)工作壓力（16～21）MPa，而實(shí)際液壓系統(tǒng)工作壓力調(diào)整在18 MPa。系統(tǒng)設(shè)定壓力值小于液壓馬達(dá)最高工作壓力，因此判斷液壓馬達(dá)密封件損壞造成泄漏。更換液壓馬達(dá)后調(diào)試時(shí)運(yùn)行沒多久又開始泄漏，通過查閱大量相同型號(hào)不同生產(chǎn)廠家發(fā)現(xiàn)，液壓馬達(dá)額定工作壓力有兩種，分別是14 MPa和16 MPa,尖峰工作壓力20 MPa和25 MPa。聯(lián)系液壓馬達(dá)廠家要求給出詳細(xì)的參數(shù)為排量0.664 L/r、額定工作壓力16 MPa和尖峰工作壓力25 MPa。依據(jù)這些參數(shù)，從液壓馬達(dá)工作原理可知液壓馬達(dá)實(shí)際運(yùn)行壓力必須低于額定壓力，在額定壓力下只能短時(shí)間運(yùn)行，因此推斷液壓馬達(dá)實(shí)際運(yùn)行壓力過高導(dǎo)致泄漏。

4 液壓系統(tǒng)改進(jìn)措施

從液壓馬達(dá)在未操作情況下出現(xiàn)泄漏的原因分析可知，杜絕此問題最好將該組控制閥組的換向閥改為卸荷中位機(jī)能換向閥；從液壓馬達(dá)在短時(shí)間旋轉(zhuǎn)后出現(xiàn)泄漏的原因分析可知，排除液壓馬達(dá)泄漏故障必須使液壓馬達(dá)實(shí)際工作壓力低于液壓馬達(dá)的額定壓力。

4.1 改進(jìn)方案

方案1：將系統(tǒng)壓力調(diào)到低于液壓馬達(dá)額定壓力，采購(gòu)高額定壓力的液壓馬達(dá)。

方案2：控制閥組增加1個(gè)疊加式減壓閥，將壓力降到液壓馬達(dá)額定工作壓力以下。

方案3：更換為額定壓力高于系統(tǒng)18 MPa壓力的液壓馬達(dá)。

4.2 可行性分析

方案1：調(diào)低系統(tǒng)壓力會(huì)影響其他支路的工作壓力，影響最大的是在支撐輥軸承座作業(yè)時(shí)1#升降臺(tái)上升/下降和2#升降臺(tái)上升/下降的功能。支承輥、2個(gè)支承輥軸承座及軸承總重m=32 263 kg,升降臺(tái)上升下降油缸尺寸為125/90-550,依據(jù)這些參數(shù)校核系統(tǒng)壓力，見式（1）。

式中m——支承輥總成重量，kg

P——應(yīng)設(shè)置最小壓力，N

S——油缸無(wú)桿腔面積，m2

g——重力加速度，N/kg,取值9.8

計(jì)算得出系統(tǒng)壓力最低為13.15 MPa，考慮到設(shè)備自重，將系統(tǒng)壓力調(diào)到14 MPa，計(jì)算液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩能否滿足要求，見式（2）。

式中P——液壓馬達(dá)入口壓力，MPa

v——液壓馬達(dá)排量，0.664 L/r

濁——液壓馬達(dá)機(jī)械效率（圖2）,根據(jù)工作時(shí)轉(zhuǎn)速和壓力選擇0.9

濁——軸承和內(nèi)圈的摩擦因數(shù),查機(jī)械手冊(cè)，4列圓柱滾子軸承摩擦因數(shù)為0.0008～0.0012，雙列圓錐滾子軸承摩擦因數(shù)為 0.0017～0.0025

圖2 液壓馬達(dá)效率特性曲線

考慮軸承的密封件與軸的摩擦將摩擦因數(shù)擴(kuò)大8倍，在兩種軸承的摩擦因數(shù)中計(jì)算扭矩時(shí)摩擦因數(shù)選最大的。

m——支承輥?zhàn)畲笾亓?，kg

l——扭矩半徑，m

計(jì)算得出支承輥?zhàn)畲笾亓?8 450 kg,小于最大轉(zhuǎn)動(dòng)重量，因此方案1可行。

方案2：在液壓馬達(dá)控制液壓閥組里增加1個(gè)疊加式減壓閥，通過了解設(shè)備使用情況，增加后降低了液壓馬達(dá)回路壓力且對(duì)其他閥組無(wú)影響。通過與方案1中計(jì)算的最低壓力比較，只要將回路壓力調(diào)整到（13.5～15）MPa就能滿足支撐輥旋轉(zhuǎn)使用要求。

方案3：重新選用額定壓力更高的液壓馬達(dá)，安裝尺寸變化較大。安裝尺寸不能超過旋轉(zhuǎn)尼龍輥?zhàn)拥闹睆?20 mm,選用額定壓力20 MPa相同排量液壓馬達(dá)的最大外徑為320 mm，比16 MPa額定壓力的液壓馬達(dá)最大外徑尺寸大16 mm，考慮到安裝安全因素，將徑向尺寸放大30 mm，則最大外徑 350 mm臆420 mm；橫向最大距離260 mm,液壓馬達(dá)橫向最大厚度從168 mm增加到214.5 mm，橫向厚度214.5 mm臆260 mm。因此安裝空間能滿足要求，方案3可行。

綜合對(duì)比3個(gè)方案可以看出方案1更合理，實(shí)用性更好，因而采用方案1對(duì)液壓系統(tǒng)壓力進(jìn)行優(yōu)化。

5 結(jié)束語(yǔ)

軋輥軸承座拆裝機(jī)液壓系統(tǒng)壓力優(yōu)化后，解決了液壓系統(tǒng)存在的問題。改造后液壓系統(tǒng)沒有再出過泄漏故障。降低了工作強(qiáng)度，節(jié)省維修成本，提高了軋輥裝配效率。