打包機(jī)緩沖油缸故障分析及解決方法

肖義，姜曉鋼

(湖南湘潭鋼鐵集團(tuán)股份有限公司，湖南 湘潭411100）

0 引言

打包機(jī)是線(xiàn)棒材廠重要的精整收集設(shè)備。我們線(xiàn)材廠使用的打包機(jī)為森德斯設(shè)計(jì)制造的打包機(jī)，液壓系統(tǒng)多采用比例控制回路。通過(guò)比例閥無(wú)級(jí)調(diào)速調(diào)整小車(chē)以及送線(xiàn)等裝置的動(dòng)作速度，這樣做的目的是提高打包動(dòng)作的同時(shí)，降低沖擊。但僅僅靠比例回路，2#小車(chē)在動(dòng)作末端其沖擊仍然很大。基于以上原因，森德斯在此基礎(chǔ)上通過(guò)氣液兩相的緩沖油缸（見(jiàn)圖1）來(lái)降低沖擊。打包機(jī)的緩沖油缸雖然回路簡(jiǎn)單，但對(duì)于打包機(jī)的正常運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。

1 緩沖缸結(jié)構(gòu)及原理

打包機(jī)緩沖油缸的作用： 在打包機(jī)開(kāi)始打包，2# 小車(chē)的導(dǎo)向臂快要?jiǎng)幼鞯轿粫r(shí)給導(dǎo)向臂一個(gè)反向作用力，使導(dǎo)向臂由高速運(yùn)動(dòng)經(jīng)大約0.5 秒的時(shí)間（這個(gè)時(shí)間是緩沖時(shí)間）停止。由于有了緩沖，導(dǎo)向臂運(yùn)動(dòng)不是突然由高速降為零，沖擊會(huì)減小很多，這樣就使線(xiàn)道等機(jī)械設(shè)備避免沖擊而不損壞。在這里緩沖油缸就相當(dāng)于一個(gè)可調(diào)整的液壓彈簧。其原理是通過(guò)調(diào)整油缸內(nèi)6個(gè)阻尼孔的大小來(lái)改變液壓阻尼的大?。淳彌_力的大?。?。與采取機(jī)械緩沖方式相比，采用緩沖缸的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造和維護(hù)成本較高，維護(hù)要求也高。優(yōu)點(diǎn)是緩沖力可調(diào)，緩沖效果較好。用機(jī)械緩沖方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造和維護(hù)成本低，但較難實(shí)現(xiàn)可調(diào)方式，緩沖效果不如緩沖油缸。

緩沖油缸的組成有油缸缸體、缸體內(nèi)套（液壓阻尼調(diào)整裝置）、活塞桿和油缸端蓋四部分，緩沖油缸的內(nèi)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2，緩沖油缸的原理見(jiàn)圖3。

圖1 緩沖油缸

圖2 緩沖油缸內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

圖3 緩沖油缸原理圖

緩沖油缸的工作原理為：圖3 中油缸活塞桿處于完全退回的狀態(tài)，即緩沖作用結(jié)束之時(shí)，導(dǎo)向臂此時(shí)速度為零。當(dāng)電磁鐵a 通電后氣動(dòng)換向閥動(dòng)作，1 口和2 口相通，氣壓推動(dòng)液壓油將活塞桿推出準(zhǔn)備下個(gè)周期的緩沖動(dòng)作。當(dāng)導(dǎo)線(xiàn)臂動(dòng)作時(shí)a 失電，換向閥2 口和3 口相通，導(dǎo)線(xiàn)臂和活塞桿接觸后推動(dòng)活塞桿退回。由于缸體內(nèi)儲(chǔ)存的液壓油通過(guò)缸體內(nèi)套上的六個(gè)節(jié)流阻尼孔回油，而阻尼孔的開(kāi)度很小，液壓油在高速回油經(jīng)過(guò)阻尼孔時(shí)產(chǎn)生較高的局部阻力損失。這個(gè)局部阻力損失即油缸內(nèi)無(wú)桿腔端的壓力，它與無(wú)桿腔活塞面積的乘積即為作用于導(dǎo)線(xiàn)臂上的緩沖作用力。由流體動(dòng)力學(xué)可知，緩沖油缸的緩沖力并不是一個(gè)恒定值。在初始階段緩沖力較大，而隨著導(dǎo)線(xiàn)臂速度的降低緩沖力將變小。緩沖油缸原理圖3 中的兩個(gè)單向閥的作用是：每次油缸活塞桿伸出都是從油罐內(nèi)流出的冷油，當(dāng)油缸受到小車(chē)壓縮，壓力油經(jīng)過(guò)阻尼孔從另一支路回壓力罐。經(jīng)過(guò)壓縮高速回罐的油通過(guò)油罐冷卻。這樣可防止油罐內(nèi)的液壓油在經(jīng)過(guò)反復(fù)工作而過(guò)熱和老化。同時(shí)可最大限度的降低油缸溫度，防止密封老化。

2 緩沖缸出現(xiàn)的故障及分析

緩沖油缸出現(xiàn)的故障：

（1）緩沖油缸活塞桿不伸出。油缸在經(jīng)過(guò)緩沖，活塞桿完全縮回后，打包機(jī)正常打包。當(dāng)導(dǎo)線(xiàn)臂退回時(shí)，活塞桿卻不伸出，導(dǎo)致在打下一盤(pán)鋼時(shí)緩沖缸無(wú)法起到緩沖作用。如用一個(gè)螺絲刀向外撬一下活塞桿的話(huà)，多數(shù)情況活塞桿又會(huì)自動(dòng)伸出。

（2）緩沖油缸活塞桿處漏油，導(dǎo)致液壓油滴在盤(pán)卷上而影響盤(pán)卷質(zhì)量。

由原理圖可知，壓縮空氣經(jīng)過(guò)換向閥與單向節(jié)流閥進(jìn)入油罐上部，再推動(dòng)液壓油產(chǎn)生推動(dòng)活塞的力，而使活塞桿伸出。由油缸的結(jié)構(gòu)可知，在活塞桿完全縮回時(shí)，液壓油只能通過(guò)缸體內(nèi)套上的最末端的阻尼孔進(jìn)入油缸無(wú)桿腔而推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)。為了提高打包效率，打包機(jī)上的各元件的速度都取的是較大值，因此導(dǎo)線(xiàn)臂的速度沖擊較大，緩沖缸的緩沖力也需調(diào)整到較高值，所以緩沖油缸上的阻尼孔已調(diào)至接近于最低值（縫隙值小于0.5 mm）。在這種情況下，如果液壓油中含有雜質(zhì)的話(huà)，很容易堵塞阻尼孔，尤其是處于油缸內(nèi)部最末端的阻尼孔。綜上分析，可知造成故障1的原因就是油缸內(nèi)最末端的阻尼孔發(fā)生堵塞，導(dǎo)致油缸活塞桿伸出乏力。用螺絲刀將活塞桿撬出一小段距離后，活塞上沒(méi)有堵塞的阻尼孔與壓縮空氣連通又推動(dòng)活塞桿伸出。

緩沖油缸活塞桿處漏油的原因簡(jiǎn)單，即油缸端蓋內(nèi)的動(dòng)密封損壞或老化而產(chǎn)生漏油現(xiàn)象。

3 故障的解決辦法

緩沖油缸活塞桿不伸出，經(jīng)過(guò)分析可知解決的辦法主要有兩方面：

（1）消除堵塞現(xiàn)象；

（2）給活塞桿加一個(gè)額外的推力，防止油缸內(nèi)部末端的阻尼孔發(fā)生堵塞而推力不夠。

堵塞主要是由于液壓油內(nèi)有雜質(zhì)造成。雜質(zhì)進(jìn)入液壓油的途徑有三種方式：

（1）給油罐加油時(shí)，由于清潔作業(yè)不夠而使外界雜質(zhì)進(jìn)入油罐內(nèi)；

（2）盤(pán)卷產(chǎn)生的鐵皮灰落到油缸端蓋活塞桿處，活塞桿在往復(fù)運(yùn)動(dòng)中將鐵皮灰?guī)胗透變?nèi)；

（3）液壓油本身不夠清潔。

解決了以上三點(diǎn)，就能完全解決故障。

要解決清潔度問(wèn)題，我們采取以下幾個(gè)措施：

（1）嚴(yán)格規(guī)范清潔檢修作業(yè)，并做好監(jiān)督工作；

（2）每班用壓縮空氣給油缸端蓋及活塞桿吹灰，盡量減少鐵皮灰進(jìn)入油缸內(nèi)的幾率；

（3）每月定修中對(duì)油缸解體檢查、清洗，對(duì)管路進(jìn)行清洗；

（4）定期更換液壓油。為了保證液壓油的清潔度，我們加的油是大的液壓站油箱內(nèi)放出來(lái)的油，現(xiàn)在我們暫定每月更換一次液壓油。

給活塞桿加一個(gè)額外的推力則很容易做到，給油缸活塞桿處加一個(gè)特制的彈簧。彈簧的自由長(zhǎng)度即為油缸的行程。此彈簧可在油缸伸出時(shí)外加一個(gè)輔助的推力，保證活塞桿伸出到位。

針對(duì)緩沖油缸活塞桿處漏油的解決辦法是，更換損壞或老化的密封圈。

緩沖油缸內(nèi)容易損壞的密封圈就是油缸端蓋里的動(dòng)密封以及防塵圈，但動(dòng)密封更易損壞。從密封損壞的情況來(lái)看，造成密封損壞的原因主要有兩點(diǎn)。一個(gè)是裝配方面的問(wèn)題，一個(gè)是密封材質(zhì)問(wèn)題。

該密封圈為Y 型密封圈。從損壞的密封圈來(lái)看，密封圈易損壞的主要部位集中在雙唇部分。經(jīng)過(guò)多次裝配及分析：?jiǎn)栴}主要出在將密封圈安裝到油缸端蓋內(nèi)部的密封槽后，密封圈的壓縮量就很小。當(dāng)裝配活塞桿時(shí)，活塞桿的桿頭邊緣部分會(huì)將密封圈內(nèi)一面的密封唇面切傷。油缸開(kāi)始使用時(shí)不會(huì)產(chǎn)生漏油，但使用一段時(shí)間后就會(huì)出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。在發(fā)現(xiàn)該問(wèn)題后，我們將油缸活塞桿桿頭倒角15°～30°，或倒R3 以上的圓角；表面粗糙度不大于0.8 μm，使裝配時(shí)不致?lián)p壞密封圈。改造前新密封上線(xiàn)后可使用半個(gè)多月，改造后的密封圈可使用六個(gè)月左右。

原裝油缸密封采用聚氨酯橡膠（AU/EU）密封。該材質(zhì)密封雖然具有良好的力學(xué)性能、優(yōu)異的耐磨性以及耐氧化、老化性能，但致命缺陷是不耐高溫，其適用范圍在-30℃～80℃。由于打包機(jī)緩沖缸部分持續(xù)接觸高溫盤(pán)條，在夏季油缸缸體溫度實(shí)測(cè)最高溫度可達(dá)90℃到100℃，所以在夏季時(shí)油缸活塞桿處極易產(chǎn)生漏油現(xiàn)象。漏的油流到盤(pán)條上會(huì)嚴(yán)重影響盤(pán)條質(zhì)量。對(duì)此我們嘗試采用更耐高溫但價(jià)格更高的氟橡膠（FKM）密封，經(jīng)過(guò)改進(jìn)后密封使用壽命得到了極大改善。改造前聚氨酯密封在夏季使用壽命最長(zhǎng)的僅有20 天左右，改造后只要清灰工作及時(shí)，油缸的使用壽命可達(dá)半年，大大提高了油缸的使用壽命。

4 持續(xù)改進(jìn)目標(biāo)

雖然經(jīng)過(guò)一系列的改進(jìn)，打包機(jī)緩沖油缸的故障得到了基本的控制，但距離對(duì)設(shè)備維護(hù)的最高要求仍有很長(zhǎng)的路要走。筆者認(rèn)為打包機(jī)緩沖缸的作用要發(fā)揮到極致，我們以后的工作應(yīng)從以下幾個(gè)方面著手。

（1）改進(jìn)裝配方法及技能，最大限度的延長(zhǎng)密封的使用壽命，降低成本。在密封材質(zhì)變化后活塞桿與缸體、活塞與缸體、活塞桿與活塞間的公差配合也隨之發(fā)生一定的變化。

（2）掌握油缸動(dòng)密封與防塵圈劣化規(guī)律。根據(jù)劣化趨勢(shì)來(lái)進(jìn)行維護(hù)檢修，防止過(guò)度維修。

（3）通過(guò)調(diào)節(jié)阻尼孔的大小實(shí)測(cè)緩沖力的大小，積累實(shí)際數(shù)據(jù)，以此來(lái)適應(yīng)不同鋼種以及不同的小車(chē)運(yùn)行速度的需要，并將數(shù)據(jù)固化。這樣既可以最大限度地降低沖擊，提高打包速度，同時(shí)又可降低人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

（4）做為興趣研究，可研究缸體內(nèi)套上各阻尼孔調(diào)節(jié)槽之間的距離與緩沖力加速度間的關(guān)系。以此開(kāi)闊視野，更深入地了解油缸緩沖控制的設(shè)計(jì)思路。