拉矯機(jī)液壓快換裝置故障分析

許 瑞，王國(guó)穩(wěn)，杜旭巖

（首鋼長(zhǎng)治鋼鐵有限公司，山西 長(zhǎng)治 046031）

隨著液壓技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，液壓快換接頭作為一種快速、可靠的重復(fù)連接和斷開(kāi)的接頭形式，被廣泛應(yīng)用到各個(gè)行業(yè)。首鋼長(zhǎng)治鋼鐵有限公司煉鋼廠于2020年對(duì)連鑄機(jī)進(jìn)行提拉速改造，并同步對(duì)拉矯機(jī)進(jìn)行優(yōu)化改造，為減少拉矯機(jī)更換時(shí)間。此次拉矯機(jī)采用了液壓快換裝置，以實(shí)現(xiàn)快速更換拉矯機(jī)作業(yè)。設(shè)備投產(chǎn)一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)，在使用過(guò)程及更換拉矯機(jī)作業(yè)的過(guò)程中，都出現(xiàn)了拉矯油缸無(wú)法正常工作的情況，經(jīng)詳細(xì)檢查，排除了其余故障，基本判定液壓快換裝置故障是主要原因，為此，通過(guò)結(jié)合其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及現(xiàn)場(chǎng)工況進(jìn)行分析，提出了初步改進(jìn)思路。

1 裝置概述

1.1 快換裝置結(jié)構(gòu)介紹

快速接頭由兩個(gè)部分構(gòu)成：陰接頭（插座）和陽(yáng)接頭（插頭），當(dāng)兩部分正確連接時(shí)，部件與兩部分接頭之間實(shí)現(xiàn)有效密封和鎖定，以承受內(nèi)部壓力，并可抵抗任何傾向于將接頭拉開(kāi)的拉力。當(dāng)兩部分?jǐn)嚅_(kāi)和分離時(shí)，通過(guò)打開(kāi)鎖定機(jī)構(gòu)和分離部件，在沒(méi)有任何其它工具的幫助下便可將兩部分分離。按照閥的布置方式可以將快換閥分為直通式、單截止式、雙截止式三種，本次改造采用雙截止式快換閥，即在兩個(gè)接頭內(nèi)都安裝有單向閥，如圖1所示。

圖1 快換裝置接頭結(jié)構(gòu)圖

1.2 快換裝置工作原理

陽(yáng)接頭閥體內(nèi)彈簧壓縮閥芯向后移動(dòng)，使閥芯與調(diào)節(jié)螺母接觸后，此時(shí)彈簧不再產(chǎn)生彈性變形，同時(shí)反向支撐陰接頭頂桿，壓縮陰接頭閥體內(nèi)彈簧，閥芯向后移動(dòng)，兩接頭內(nèi)單向閥打開(kāi)，回路導(dǎo)通，拉矯機(jī)油缸正常工作，如圖2所示。

圖2 快換裝置工作原理圖

2 故障分析

在拉矯機(jī)使用及更換過(guò)程中，拉矯機(jī)油缸經(jīng)常無(wú)法正常運(yùn)作，在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行故障排查后，初步得出故障主要由快換裝置內(nèi)部單向閥無(wú)法正常打開(kāi)所引起，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查看及分析其內(nèi)部結(jié)構(gòu)后，推測(cè)故障原因有以下兩方面。

2.1 兩接頭配合時(shí)同軸度不夠

當(dāng)陽(yáng)接頭與陰接頭相互配合后，兩接頭內(nèi)的閥芯分別向后移動(dòng)，壓縮彈簧使回路導(dǎo)通。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量，發(fā)現(xiàn)所設(shè)計(jì)閥芯的尺寸不合理，兩閥芯只有當(dāng)實(shí)現(xiàn)同軸度接觸時(shí)才能打開(kāi)，并未考慮到兩個(gè)接頭在實(shí)際工況中無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求配合度的情況，即兩接頭配合時(shí)，陽(yáng)接頭閥體內(nèi)彈簧壓縮閥芯向后移動(dòng)，且閥芯支撐套未與調(diào)節(jié)螺母接觸，此時(shí)彈簧仍存在變形空間，無(wú)法反向支撐陰接頭閥芯壓縮閥體內(nèi)彈簧，從而導(dǎo)致陰接頭仍處于密封狀態(tài)，回路無(wú)法導(dǎo)通，如圖3所示。

圖3 閥組故障示意圖

2.2 陰接頭內(nèi)置彈簧剛度過(guò)大

兩接頭配合后，陽(yáng)接頭閥體內(nèi)彈簧壓縮閥芯向后移動(dòng)，當(dāng)彈簧產(chǎn)生一定彈性變形后，在接頭系統(tǒng)壓力及陽(yáng)接頭閥體內(nèi)彈簧彈力共同作用下，將反向頂開(kāi)陰接頭閥芯。若陰接頭內(nèi)置彈簧彈性剛度過(guò)大，陰接頭內(nèi)彈簧壓力Fa與閥體內(nèi)系統(tǒng)壓力Fb之和大于陽(yáng)接頭內(nèi)彈簧壓力Fc與閥體內(nèi)系統(tǒng)壓力Fd之和，即Fa＋Fb＞Fc＋Fd，則陰接頭閥體內(nèi)彈簧不會(huì)發(fā)生彈性變形，陰接頭閥芯無(wú)法壓縮彈簧，此時(shí)陰接頭閥芯仍處于閉合狀態(tài)，回路無(wú)法導(dǎo)通。

3 改進(jìn)措施及改進(jìn)效果

3.1 增加陰接頭閥芯頂桿長(zhǎng)度

針對(duì)兩接頭配合時(shí)同軸度不夠的問(wèn)題，技術(shù)人員提出增加陰接頭頂桿長(zhǎng)度的方案，并對(duì)該措施的應(yīng)用效果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。頂桿與閥芯之間采用螺紋連接，將頂桿取下后，在頂桿與閥芯接觸面之間增加2 mm的銅皮墊片，如圖4所示。

圖4 閥芯頂桿增加長(zhǎng)度示意圖

對(duì)增加墊片后的閥芯頂桿進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，將該裝置投入使用后，拉矯機(jī)油缸可以正常打開(kāi)，但在運(yùn)行一段時(shí)間后，由于系統(tǒng)壓力高，銅皮受壓發(fā)生形變，油缸再次出現(xiàn)無(wú)法正常打開(kāi)的情況，需制作加長(zhǎng)頂桿，建議將現(xiàn)有故障及改進(jìn)思路反饋給廠家，由廠家進(jìn)行統(tǒng)一加工改進(jìn)。

3.2 改變陰接頭結(jié)構(gòu)

經(jīng)與廠家溝通交流，廠家判斷故障原因與我方推測(cè)一致，為避免盲目增加頂桿長(zhǎng)度或改變陰接頭閥芯內(nèi)彈簧規(guī)格型號(hào)導(dǎo)致故障難以消除，決定對(duì)陰接頭頂桿長(zhǎng)度及閥體內(nèi)彈簧進(jìn)行重新計(jì)算選型?？紤]實(shí)際生產(chǎn)緊迫性，遂提出直接改變?cè)撗b置結(jié)構(gòu)，由固定頂桿替代陰接頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)，取消陰接頭內(nèi)單向閥裝置，即將閥的布置方式由雙截止式變?yōu)閱谓刂故剑鐖D5所示。

圖5 陰接頭閥芯更改示意圖

改進(jìn)閥的布置方式后，陰接頭閥芯內(nèi)僅保留頂桿接頭，將其作為常通接頭，并保留其打開(kāi)陽(yáng)接頭單向閥的作用，以確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行（見(jiàn)圖6）。但是在實(shí)際運(yùn)用中，將陰接頭改成常通結(jié)構(gòu)后，系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效封閉，導(dǎo)致在閥組分離時(shí)，還需在液壓站內(nèi)將主系統(tǒng)供油閥關(guān)閉，且無(wú)法避免管內(nèi)的液壓油流出，造成了浪費(fèi)及污染。此方法僅解決了當(dāng)下生產(chǎn)之急，實(shí)際上并非最佳改進(jìn)辦法。

圖6 單截止式閥組示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)此次改進(jìn)，解決了拉矯機(jī)油缸無(wú)法正常打開(kāi)的問(wèn)題，但采用單截止式閥組后，在閥組分離時(shí)，仍無(wú)法避免管道內(nèi)液壓油流出造成的污染浪費(fèi)。因此，仍需通過(guò)計(jì)算，優(yōu)化閥組結(jié)構(gòu)，必要時(shí)恢復(fù)雙截止式閥組結(jié)構(gòu)，以徹底解決快換裝置問(wèn)題。