中厚板出鋼機(jī)液壓站補(bǔ)壓故障分析及解決方案

魏德剛，張新順，徐建翔

（新疆八一鋼鐵股份有限公司軋鋼廠）

1 問題的提出

八鋼4200/3500mm中厚板軋機(jī)生產(chǎn)線，生產(chǎn)能力120萬(wàn)t/年，有2座推鋼連續(xù)式板坯加熱爐，每座加熱爐冷裝額定產(chǎn)量80t/h，均采用齒輪齒條平移、液壓驅(qū)動(dòng)升降的雙排料桿式出鋼機(jī)由端部出料。出鋼機(jī)平移最大工作行程5550mm，升降行程250mm，升降缸工作壓力為20MPa。1#、2#加熱爐使用雙排料桿式出鋼機(jī)來(lái)完成對(duì)不同長(zhǎng)度板坯的出料，其升降機(jī)構(gòu)由一套液壓系統(tǒng)控制。出料時(shí)爐門打開，料桿前進(jìn)到爐內(nèi)設(shè)定位置后停止，此時(shí)液壓缸活塞桿伸出帶動(dòng)凸輪旋轉(zhuǎn)使料桿提升，料桿逐漸接觸板坯并將其托起到一定高度時(shí)后退到出爐輥道上方停止，此時(shí)液壓缸活塞桿縮回并帶動(dòng)凸輪旋轉(zhuǎn)使料桿緩慢下降，板坯平穩(wěn)落在出爐輥道表面后爐門關(guān)閉。如此往復(fù)，出鋼機(jī)液壓系統(tǒng)周期性間歇運(yùn)行實(shí)現(xiàn)加熱爐出料動(dòng)作。

2018年下半年該出鋼機(jī)升降液壓系統(tǒng)間歇補(bǔ)壓周期逐漸出現(xiàn)異?？s短，補(bǔ)壓頻繁且工況劣化趨勢(shì)加劇，最終系統(tǒng)補(bǔ)壓周期長(zhǎng)期處在1.5s/次以內(nèi)，壓力波動(dòng)劇烈。異常高頻次的液壓沖擊給系統(tǒng)正常運(yùn)行帶來(lái)不利影響。頻繁打壓的工況還多次誘發(fā)了諸多其它系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)設(shè)備故障，嚴(yán)重制約了加熱爐的正常生產(chǎn)。為此，對(duì)出鋼機(jī)液壓系統(tǒng)壓力異常的原因進(jìn)行分析，探索解決措施。

2 出鋼機(jī)升降液壓系統(tǒng)頻繁補(bǔ)壓的影響

生產(chǎn)中出鋼機(jī)液壓站主泵系統(tǒng)1開1備，使用常開式電磁溢流閥，長(zhǎng)期工作制。某一主泵得電啟動(dòng)后，相對(duì)應(yīng)的電磁溢流閥中繼吸合動(dòng)作，電磁鐵得電，閥芯運(yùn)動(dòng)至關(guān)閉位，系統(tǒng)開始加壓。當(dāng)主泵加壓壓力超出電子壓力繼電器設(shè)定值上限21MPa時(shí)，相對(duì)應(yīng)的電磁溢流閥中繼釋放，電磁鐵失電，閥芯恢復(fù)常通，主泵低負(fù)荷空載運(yùn)行并停止打壓。當(dāng)系統(tǒng)壓力逐漸下降到繼電器設(shè)定值下限18MPa時(shí)，溢流閥電磁鐵再次得電動(dòng)作系統(tǒng)完成補(bǔ)壓。在系統(tǒng)各元件均正常工作時(shí)，設(shè)定的一個(gè)補(bǔ)壓周期約為45s。

當(dāng)加壓間隔時(shí)間縮短為1.5s時(shí)，影響到液壓系統(tǒng)的正常運(yùn)行：（1）高頻次壓力波動(dòng)使系統(tǒng)產(chǎn)生異常的液壓沖擊。對(duì)各元件密封裝置、主泵高壓軟管、中間管線及各控制閥塊造成損壞，且引起設(shè)備異常振動(dòng)，產(chǎn)生噪聲、系統(tǒng)泄漏等問題，多種液壓元件故障率頻發(fā)。（2）主泵溢流閥的電磁鐵中繼在超高頻次吸合、釋放動(dòng)作狀態(tài)下，使用壽命大大縮短，極易出現(xiàn)粘連、燒損，3～5天就要更換中繼備件。（3）主泵溢流閥的電磁鐵中繼出現(xiàn)粘連后持續(xù)得電，閥芯將一直處于關(guān)閉狀態(tài)不能開通，主泵始終高負(fù)荷打壓運(yùn)行，系統(tǒng)產(chǎn)生憋壓并無(wú)法實(shí)現(xiàn)正常卸荷。此時(shí)系統(tǒng)壓力高于主泵溢流閥設(shè)定值，并超過壓力繼電器的額定壓力（250bar），造成繼電器設(shè)置的控制開關(guān)點(diǎn)失效，電子壓力值顯示錯(cuò)誤，各控制元件產(chǎn)生保護(hù)性溢流，油溫快速升高。一般在主泵溢流閥中繼出現(xiàn)粘連故障90分鐘后，油箱溫度升高至55℃，此時(shí)溫度傳感器高高連鎖作用液壓站跳停，造成生產(chǎn)中斷熱停。在主泵持續(xù)補(bǔ)壓的90分鐘，系統(tǒng)壓力實(shí)測(cè)達(dá)28.3MPa，超過了該站某些液壓元件的承受壓力。陸續(xù)發(fā)生元件泄漏、控制閥損壞、液壓缸耳軸及軸瓦劇烈沖擊損壞、電機(jī)過載跳電等異常狀況。2018年7-11月液壓站故障統(tǒng)計(jì)見圖1，圖2。

圖1 液壓站頻繁打壓所引發(fā)的出鋼故障次數(shù)統(tǒng)計(jì)

圖2 液壓站頻繁打壓所引發(fā)的加熱爐產(chǎn)線熱停時(shí)間統(tǒng)計(jì)

3 故障原因分析

一般認(rèn)為,系統(tǒng)出現(xiàn)頻繁打壓是由于某些元件存在異常卸荷溢流或系統(tǒng)原有壓力補(bǔ)償功能失效所致。根據(jù)該液壓站現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行工況及工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行邏輯分析，對(duì)造成系統(tǒng)迅速失壓的元件進(jìn)行診斷。

3.1 液壓缸的檢查

系統(tǒng)的主要執(zhí)行元件由為1#、2#加熱爐出鋼機(jī)升降機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力的四個(gè)250/140×300～00液壓缸組成，即每個(gè)出鋼機(jī)各布置兩件液壓缸。四個(gè)液壓缸均為雙作用式，無(wú)桿腔與有桿腔的交替供油實(shí)現(xiàn)出鋼機(jī)料桿的升降動(dòng)作。液壓缸工況環(huán)境長(zhǎng)期處在高溫、氧化鐵異物及濁環(huán)水侵入的狀態(tài)，正常更換周期為2年。檢查更換記錄發(fā)現(xiàn)，其中2#出鋼機(jī)Ⅰ段出料臂的液壓缸上線使用已有4年，是超周期使用，已存在輕微外滲漏現(xiàn)象。進(jìn)一步觀察其上升動(dòng)作較Ⅱ段相對(duì)遲緩，判斷兩工作腔內(nèi)部之間也存在有一定的內(nèi)泄。因此，認(rèn)為2#加熱爐出鋼機(jī)Ⅰ段出料臂的液壓缸內(nèi)、外滲漏是造成系統(tǒng)異常失壓的問題之一。

3.2 控制閥的檢查

控制元件的異常溢流也會(huì)造成系統(tǒng)不能正常保壓。對(duì)該系統(tǒng)液壓控制閥進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)排查分析，發(fā)現(xiàn)1#、2#加熱爐出鋼機(jī)閥臺(tái)的減壓閥閥體、外排溢流管線手觸均異常高溫，且伴有調(diào)壓不靈敏的現(xiàn)象；站內(nèi)3#蓄能器安全閥組的閥體與其連接的溢流管路溫度較高，檢查卸荷閥閥桿錐頭有異常沖刷磨損，錐密封精度喪失，不能完全截?cái)鄩毫τ汀＿@3個(gè)控制閥都存在異常溢流現(xiàn)象。

3.3 蓄能器的檢查

因出鋼機(jī)具有間歇性工作的特點(diǎn)，該站共設(shè)置四組皮囊式蓄能器來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)較長(zhǎng)時(shí)間的保壓。對(duì)四組蓄能器保壓功能分別進(jìn)行測(cè)試，其中1#、3#功能異常，進(jìn)一步檢測(cè)皮囊無(wú)氮?dú)鈮毫?，補(bǔ)氮時(shí)氮?dú)鈴挠拖湟绯?，判斷是皮囊破損，兩組蓄能器失效。

4 故障的排除方法與改進(jìn)

4.1 預(yù)防液壓缸泄漏的措施

液壓缸的泄漏形式分為內(nèi)部泄漏、外部泄漏或者兩種泄漏同時(shí)存在。外部泄漏一般會(huì)對(duì)設(shè)備表面及周圍環(huán)境造成油液污染，較易發(fā)現(xiàn)；內(nèi)部泄漏則需根據(jù)液壓缸的實(shí)際工作狀態(tài)與設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行對(duì)比診斷。任何一種泄漏都會(huì)對(duì)設(shè)備正常運(yùn)行帶來(lái)隱患，造成故障。液壓缸泄漏后，需檢修更換新的液壓缸備件。針對(duì)出鋼機(jī)液壓缸周邊存在積水、氧化鐵皮積聚的工況環(huán)境特點(diǎn)，確定計(jì)劃性更換檢修周期為1次/年，并定期對(duì)出鋼機(jī)液壓缸周邊氧化鐵、積水進(jìn)行清理，以延長(zhǎng)其使用壽命。

4.2 防止控制閥異常溢流的措施

控制閥異常溢流一般由閥芯動(dòng)作卡滯或磨損超差引起，故障排除需要對(duì)控制閥進(jìn)行拆解清洗檢查或更換新品備件。此外，出現(xiàn)此類故障時(shí)還應(yīng)對(duì)液壓系統(tǒng)中介質(zhì)清潔度進(jìn)行檢測(cè)，清潔度超過NAS7級(jí)時(shí)，需編制濾芯連續(xù)更換計(jì)劃。濾芯正常更換周期為每季度一次，油品清潔度超標(biāo)時(shí)更換周期應(yīng)根據(jù)油品檢測(cè)結(jié)果相應(yīng)縮短，必要時(shí)需在系統(tǒng)中增設(shè)1臺(tái)外置濾油機(jī)，每月1次定期檢測(cè)油品。通過提高油液清潔度可避免液壓閥故障的發(fā)生。

針對(duì)蓄能器安全閥組卸荷閥溢流的問題，對(duì)卸荷閥閥芯（閥組）進(jìn)行整體更換。為避免卸荷閥過早損壞，要求檢修人員規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，停機(jī)時(shí)緩慢卸荷，恢復(fù)時(shí)擰緊力矩適中。

4.3 蓄能器的檢修及更換

在工作過程中皮囊式蓄能器受到?jīng)_擊振動(dòng)時(shí)，會(huì)使閥芯發(fā)生松動(dòng)，密封錐面不密合導(dǎo)致漏氣。氣囊內(nèi)氮?dú)庑孤毫Σ蛔銜r(shí)，蓄能器儲(chǔ)能功能會(huì)下降，甚至失去作用。要求定期對(duì)蓄能器預(yù)充壓力進(jìn)行檢測(cè)，并補(bǔ)充氮?dú)?，氣囊損壞的要及時(shí)維修或更換蓄能器。

中厚板加熱爐出鋼機(jī)液壓站的蓄能器主要功能為系統(tǒng)保壓與吸收系統(tǒng)脈動(dòng)沖擊，原設(shè)計(jì)公稱容積為40L，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際正常補(bǔ)壓時(shí)間在45s。較高的補(bǔ)壓頻次對(duì)泵組、系統(tǒng)溢流閥等元件壽命產(chǎn)生影響的同時(shí)，亦不利于泵組電機(jī)的節(jié)能降耗。依據(jù)蓄能器容積選型計(jì)算公式，為提高系統(tǒng)保壓時(shí)間與吸振能力，對(duì)原老型號(hào)蓄能器進(jìn)行重新選型，采用賀德克SB330-50A1/112A9-330A蓄能器，容量由40L擴(kuò)容提升至50L。保壓作用的氣囊預(yù)充壓力為0.9P1≤P0≤0.75P2，新蓄能器安裝上線后氣囊補(bǔ)充氮?dú)庵?50Bar。使用改型蓄能器可延長(zhǎng)系統(tǒng)保壓時(shí)間至2分鐘。因新舊蓄能器密封形式不同，需將新蓄能器密封法蘭與原安全閥組進(jìn)行加工裝配。

5 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過系統(tǒng)性分析排查與改進(jìn)，八鋼中厚板加熱爐出鋼機(jī)液壓站頻繁打壓的問題得到解決，打壓周期由故障時(shí)1.5s/次延長(zhǎng)至127.3s/次，徹底消除了長(zhǎng)期存在的設(shè)備故障隱患，為1#、2#加熱爐正常生產(chǎn)穩(wěn)定順行提供了保障。排障過程也促使設(shè)備維護(hù)人員對(duì)液壓系統(tǒng)的維保作業(yè)更加細(xì)致、規(guī)范，專業(yè)技能得到提升。中厚板加熱爐液壓站改進(jìn)后再?zèng)]有發(fā)生此類設(shè)備事故。