冷剪機沖頭動作異常故障分析及處理

杜彬 陳文武 杜雷 王濤

摘要：介紹了液壓離合制動器在冷剪機傳動剪切中的應(yīng)用，并對冷剪機沖頭動作異常進(jìn)行了故障分析，提出了相關(guān)處理方法，對以后冷剪機日常點檢、維護(hù)及優(yōu)化具有一定的現(xiàn)實指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：離合器;沖頭;異常;分析;處理

0? ? 引言

12 000 kN冷剪是中國二重東方重型機械有限公司設(shè)計的在線剪切專用設(shè)備，適合剪切棒材、扁鋼等軋材，剪切鋼種有60Si2CrVa、GGr15、42CrMo、51CrV4等。該剪機的剪切動作依靠液壓離合制動器（德國進(jìn)口品牌）驅(qū)動，離合器液壓站為液壓離合制動器提供動力源。在齒輪箱機械部件傳動正常的前提下，生產(chǎn)過程中突然出現(xiàn)冷剪機剪切體（沖頭）動作異常，由此判定液壓離合制動器的液壓控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障。

1? ? 冷剪機及液壓離合制動器工作原理

1.1? ? 冷剪機工作原理

冷剪機主要由主電機、經(jīng)皮帶傳動（飛輪）、液壓離合制動器、齒輪箱、鼓形聯(lián)軸器、曲軸、剪切體（沖頭）、剪切裝置、壓料裝置、控制裝置、液壓潤滑系統(tǒng)組成。冷剪機結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

啟動電機，經(jīng)過一級皮帶傳動，帶動飛輪傳動，此時液壓離合器處于制動狀態(tài)，離合器脫開，飛輪空轉(zhuǎn)，積蓄能量;當(dāng)離合器結(jié)合時飛輪能量及電機能量經(jīng)輸入軸傳遞給齒輪箱，經(jīng)齒輪箱輸出軸通過鼓形聯(lián)軸器帶動曲軸，經(jīng)由曲軸上的曲柄連桿機構(gòu)實現(xiàn)剪切體（沖頭）上下直線運動進(jìn)行剪切。

1.2? ? 液壓離合制動器工作原理

采用德國進(jìn)口90系列離合制動器時，離合液壓嚙合，制動器彈簧制動。離合制動器結(jié)構(gòu)如圖2所示。

通過旋轉(zhuǎn)接頭（通常通過軸和離合器輪轂油口1）的油壓使活塞4受壓，活塞脫開制動器摩擦盤3直到與離合器摩擦盤5接觸，離合器嚙合后輸入軸經(jīng)過齒輪箱帶動曲軸旋轉(zhuǎn)進(jìn)行剪切。當(dāng)剪切完成后油壓斷開，位于離合器和制動器摩擦盤（5/3）之間的活塞4在彈簧6的作用下推動制動器摩擦盤3，使其靠在止動板2上，產(chǎn)生摩擦連接，制動器制動，沖頭回到原始位上。

2? ? 沖頭在剪切運行過程中的故障情況

結(jié)合冷剪機現(xiàn)場實際運行情況及液壓系統(tǒng)原理來看（控制閥臺原理如圖3所示），沖頭動作異常主要有以下4種故障出現(xiàn)：

（1）沖頭不動作或在剪切過程中停止。主要表現(xiàn)為操作臺操作人員按剪切開關(guān)按鈕，沖頭停止在起始高位不動或在剪切到一半時停止動作，無法完成剪切。

（2）沖頭在剪切過程中有頓挫現(xiàn)象。主要表現(xiàn)為成品材剪切不是一次成型，端部有毛刺、塌頭，剪切質(zhì)量差，影響交貨。

（3）沖頭剪切下降、上升動作緩慢，整個剪切周期由正常3 s延長到4.2 s，嚴(yán)重影響生產(chǎn)產(chǎn)量。

（4）沖頭一個周期剪切完成后未回到起始高位，造成下一次不能正常剪切。

3? ? 原因分析

（1）沖頭不動作或在剪切過程中停止的主要原因是液壓離合器未進(jìn)行驅(qū)動或驅(qū)動過程出現(xiàn)停止，可能是系統(tǒng)各項保護(hù)設(shè)置造成的。一是離合器液壓站低液位報警跳泵未產(chǎn)生驅(qū)動壓力油;二是壓力油過濾器堵塞造成驅(qū)動壓力不足[低于4.2 MPa（42 bar），正常壓力6 MPa（60 bar）]，安全保護(hù)動作，停止離合器動作;三是溫度開關(guān)設(shè)置報警保護(hù)，要求低溫不低于25 ℃、高溫不高于65 ℃;四是壓力油管供離合器潤滑流量不足，安全保護(hù)開啟;或者四種情況同時存在。

（2）沖頭在剪切過程中有頓挫現(xiàn)象，主要原因是驅(qū)動壓力不穩(wěn)，忽上忽下[壓力差在1.5 MPa（15 bar）以內(nèi)波動]，一般是液壓站上系統(tǒng)壓力控制閥（溢流閥）穩(wěn)不住壓所致。

（3）沖頭剪切下降、上升動作緩慢主要原因：一是圖3中的6蓄能器內(nèi)氮氣壓力不足，低于4.2 MPa（42 bar），剪切一瞬間驅(qū)動壓力迅速下降至4.2 MPa（42 bar），剪切完成壓力慢慢恢復(fù)到6 MPa（60 bar），同時調(diào)壓力控制閥不起作用，離合器嚙合不順暢;二是泵源壓力和蓄能器內(nèi)氮氣壓力正常情況下，離合器的離合側(cè)摩擦盤5間隙過大，造成離合器打滑無法嚙合傳動;三是離合器內(nèi)輪轂拉傷嚴(yán)重，壓力油泄漏增大，嚙合時間變長。

（4）沖頭一個周期剪切完成后未回到起始高位，主要原因是制動時圖3中電磁閥Y4、Y5動作響應(yīng)慢或卡死，壓力油未及時卸壓，周期內(nèi)未卸完壓。

4? ? 處理方法

（1）針對液壓系統(tǒng)各項保護(hù)設(shè)置：1）檢查油箱液位是否過低，最低液位要高于最低口30 cm，查看油箱內(nèi)是否有大量泡沫，如果是則需補充新油液至正常液位。2）按維護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)油過濾器濾芯最少3個月更換1次，同時循環(huán)泵冷卻回油濾芯同步更換，保證油液清潔度，6個月油樣化驗1次，跟蹤油液質(zhì)量，必要時清洗油箱、更換新油。3）控制冷卻器進(jìn)水溫度在30 ℃以內(nèi)，如水溫范圍內(nèi)冷卻器進(jìn)回油無溫差，需更換冷卻器或清洗銅管。4）壓力油管供潤滑流量不足，則表明主油泵內(nèi)部磨損泄漏大，需更換備用泵。

（2）針對驅(qū)動壓力不穩(wěn)：調(diào)整系統(tǒng)出口電磁溢流閥并觀察P口壓力有無變化，如無變化則表明調(diào)壓閥芯卡緊，需清洗閥芯或更換新閥。首先要提高油液清潔度，避免顆粒性污染物進(jìn)入滑閥移動副產(chǎn)生卡緊，常規(guī)閥油液過濾精度至少為10 μm，必要時清洗油箱、更換新油。

（3）針對沖頭剪切下降、上升動作緩慢現(xiàn)象：1）按維護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)6個月檢測一次蓄能器內(nèi)壓力，標(biāo)準(zhǔn)壓力設(shè)定為4.2 MPa（42 bar）左右，可根據(jù)實際情況用氮氣瓶進(jìn)行補氣。如皮囊破損、補氣解決不了問題，則需更換新蓄能器，同時進(jìn)行故障修復(fù)測試，將主電機關(guān)掉，只開啟泵站，然后強制圖3中Y1、Y2得電，壓力在保持6 MPa（60 bar）穩(wěn)定，證明處理正確完成。2）利用每年年修對離合器離合端摩擦盤間隙進(jìn)行塞尺測量（方法如圖4所示），如發(fā)現(xiàn)間隙變大但在可調(diào)整范圍之內(nèi)，可以通過增加壓片把間隙調(diào)整在最佳范圍內(nèi)，超過則建議更換新離合器或整套新摩擦片組，不然離合器一直在打滑邊緣，如繼續(xù)使用，則易引起摩擦片燒損，粘合在一起。3）離合器內(nèi)輪轂及快速軸配合處拉傷，使用金相砂皮紙研磨，同時調(diào)整控制時間周期，必要時進(jìn)行內(nèi)輪轂激光堆焊重新加工，以達(dá)到裝配要求。

（4）針對一個周期剪切完成后沖頭未回到起始高位的現(xiàn)象，首先手動檢查電磁閥Y4、Y5閥芯是否卡緊，如卡緊則清洗電磁閥閥芯、使用金相砂皮紙研磨或更換電磁閥。同時，要防止油液污染，提高油液清潔度，避免顆粒性污染物進(jìn)入滑閥移動副導(dǎo)致卡緊，常規(guī)閥油液過濾精度至少為10 μm，必要時清洗油箱、更換新油。

5? ? 改進(jìn)后的效果

液壓系統(tǒng)的故障75%是由油液污染引起的，因此正確使用、管理油液，控制污染是前提。有了合格的工作介質(zhì)，液壓系統(tǒng)才能穩(wěn)定可靠運行，液壓元件使用壽命才能延長。設(shè)備維護(hù)人員根據(jù)以上分析進(jìn)行處理，可提高設(shè)備正常運行率，減少熱停時間。冷剪機正常運行，可以減少對產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)量的影響，實現(xiàn)降本增效。

6? ? 結(jié)語

本文介紹了冷剪機液壓控制系統(tǒng)基本工作原理，通過對冷剪機沖頭在使用中出現(xiàn)的動作異常進(jìn)行故障分析和總結(jié)，提出了具體的解決措施，對后期液壓系統(tǒng)的點檢、維護(hù)及技改具有一定的現(xiàn)實指導(dǎo)意義，有助于盡快排除大部分故障，極大地提高了工作效率及生產(chǎn)效益，減少了對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 左健民.液壓與氣壓傳動[M].2版.北京：機械工業(yè)出版社，1999.

[2] 中國機械工程學(xué)會設(shè)備與維修工程分會《機械設(shè)備維修問答叢書》編委會.液壓與氣動設(shè)備維修問答[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.

收稿日期：2020-04-13

作者簡介：杜彬（1985—），男，江蘇溧陽人，工程師，研究方向：設(shè)備管理。