軋鋼液壓系統(tǒng)液壓缸的常見故障和排除探究

陳文濤

山鋼集團萊蕪分公司 山東 濟南 250000

引言

軋機液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，而且具有較高的精度，是集機械設(shè)備、液壓和電氣設(shè)備以及軋制工藝于一體的系統(tǒng)，主要分為液壓傳動與液壓控制兩大系統(tǒng)，準(zhǔn)確診斷軋鋼液壓系統(tǒng)出現(xiàn)的各種故障，使軋機可以正常運行，對提升產(chǎn)品質(zhì)量，提高工作效率都具有重要意義。在診斷熱軋機液壓系統(tǒng)出現(xiàn)的各種故障時，應(yīng)科學(xué)融合多種多元化的智能診斷手段，做到取長補短，并且借助先進的多媒體技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、用于包含處于不同位置的多個或者多種傳感器的信息處理技術(shù)、VR技術(shù)等技術(shù)進行診斷使軋鋼液壓系統(tǒng)具備良好的工作狀況，進而提升產(chǎn)品質(zhì)量。

1 軋鋼液壓系統(tǒng)介紹

1.1 液壓系統(tǒng)工作原理

第一，通過靠發(fā)動機或電動機驅(qū)動，從液壓油箱中吸入油液，形成壓力油排出，送到執(zhí)行元件的液壓泵，可以將電動機輸出的機械能轉(zhuǎn)為軋鋼液壓系統(tǒng)中液體壓力能；第二，通過軋鋼液壓系統(tǒng)中液體壓力能的改變傳遞系統(tǒng)能量；第三，憑借各路由由執(zhí)行機構(gòu)和閥門組成的控制閥和管道的傳遞，經(jīng)由軋鋼液壓系統(tǒng)液壓缸或電動機將軋鋼液壓系統(tǒng)中液體壓力能重新轉(zhuǎn)為機械能，進而有效驅(qū)動需要進行工作的機構(gòu)，實現(xiàn)機構(gòu)回轉(zhuǎn)運動或往復(fù)直線運動。

1.2 軋鋼液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

軋鋼液壓系統(tǒng)主要是借助液體傳遞能量，軋鋼液壓系統(tǒng)主要由以下幾部分構(gòu)成：①控制元件，是在液壓系統(tǒng)中通過有效控制和調(diào)節(jié)液體的壓力、流量和方向等參數(shù)進而改變油馬達（液壓馬達）和液壓缸等設(shè)備的作用力，根據(jù)控制功能的不同，液壓閥可分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥；②動力元件，其作用是將原動機的機械能轉(zhuǎn)為液體的壓力能，動力元件指液壓系統(tǒng)中的油泵，它向整個液壓系統(tǒng)提供動力；③執(zhí)行元件，如液壓缸和油馬達（液壓馬達），其作用是將液體的壓力能轉(zhuǎn)變成機械能，驅(qū)動負載作直線往復(fù)運動或回轉(zhuǎn)運動；④輔助裝置，主要指油箱、以彈性元件為敏感元件測量并指示高于環(huán)境壓力的儀表、密封圈、能量儲蓄裝置、加熱器等相關(guān)設(shè)備；⑤液壓油，主要指液壓系統(tǒng)使用的液體介質(zhì)，起到能量傳遞、抗磨、系統(tǒng)潤滑、防腐、防銹、冷卻等作用，通常用于傳遞系統(tǒng)能量，經(jīng)常用到的液壓油有礦物油和合成油[1]。

2 軋鋼液壓系統(tǒng)液壓缸介紹

軋鋼液壓系統(tǒng)液壓缸是將軋鋼液壓系統(tǒng)液壓能轉(zhuǎn)成機械能、并做直線往復(fù)運動的液壓執(zhí)行元件。液壓缸的結(jié)構(gòu)簡單，在工作中具有一定的可靠性。使用液壓缸進行往復(fù)運動時，能夠免除減速裝置，不會留有傳動間隙，運動較為平穩(wěn)，因此，在軋鋼液壓系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。液壓缸的結(jié)構(gòu)形式有很多種，分類方法也各有不同，如按照運動方式可以將其劃分為直線往復(fù)運動式、回轉(zhuǎn)擺動式；按照結(jié)構(gòu)形式可以將其劃分為活塞式液壓缸、柱塞式液壓缸、擺動式液壓缸等等，其中活塞式液壓缸的應(yīng)用最為廣泛；按照受到的液壓力作用的具體情況可以將其劃分為單作用式、雙作用式。單作用液壓缸主要是指利用液壓系統(tǒng)使用的液體介質(zhì)推動活塞或者柱塞向一個方向運動，依靠重力或者彈簧力進行反向運動，雙作用液壓缸指的是借助壓力油進行正方向運動和反方向運動[2]。

3 軋鋼設(shè)備液壓缸的故障和預(yù)防措施

軋鋼液壓系統(tǒng)中的液壓缸在整個系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，所以，對軋鋼液壓系統(tǒng)液壓缸進行深入了解至關(guān)重要。液壓傳動技術(shù)在工業(yè)中比較常見，它是利用不同元件根據(jù)靜壓傳遞原理來實現(xiàn)力的傳遞而設(shè)計的技術(shù)，這一門技術(shù)根據(jù)自身獨特的特點在鋼鐵行業(yè)中被廣泛應(yīng)用，液壓傳動的優(yōu)點主要有質(zhì)量輕、尺寸小、動作靈活、結(jié)構(gòu)緊密，便于實現(xiàn)自動化。而作為軋鋼液壓系統(tǒng)中比較重要的可以將液體壓力能轉(zhuǎn)為機械能的，結(jié)構(gòu)形式多種多樣的液壓缸在鋼鐵工業(yè)和冶金行業(yè)中應(yīng)用較廣。隨著軋鋼生產(chǎn)向大型化、高速化、精密化、連續(xù)化方向發(fā)展,軋鋼生產(chǎn)對自動化裝備的要求比其他生產(chǎn)工序高,自動化系統(tǒng)和自動化裝備的水平對最終產(chǎn)品的質(zhì)量影響也最大，進而對軋鋼液壓系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的驅(qū)動性和平穩(wěn)性等要求更為嚴格。例如，A鋼鐵公司冷軋廠某酸軋機組中的液壓缸驅(qū)動足足超出了整個機組動力機構(gòu)的2/3，大部分重要設(shè)備的動作基本是由液壓缸進行控制的。A鋼鐵公司冷軋廠某酸軋機組的產(chǎn)值1小時可以達到50萬元，一旦軋鋼液壓系統(tǒng)液壓缸出現(xiàn)故障，就會對A鋼鐵公司冷軋廠整個生產(chǎn)線的運行造成嚴重影響，情況嚴重的可能會導(dǎo)致停機，帶來更為嚴重的經(jīng)濟損失。所以，對軋鋼液壓系統(tǒng)液壓缸出現(xiàn)的相關(guān)問題進行全面掌握和深入了解，并采取有效預(yù)防措施有助于生產(chǎn)線的順利運行，同時還能獲取最大的經(jīng)濟利益。

3.1 運動中的爬行現(xiàn)象

產(chǎn)生原因：①液壓缸安裝過程中位置缺少精度；②制造導(dǎo)軌和裝配時質(zhì)量較差，增加了摩擦力，不能均勻受力；③運動件之間沒有相對運動時的摩擦系數(shù)與相對滑動時的摩擦系數(shù)具有一定的差別，摩擦力變化比較大；④運動機構(gòu)在受力時抵抗彈性變形的能力不足，出現(xiàn)彈性變形的情況；⑤軋鋼液壓系統(tǒng)內(nèi)部有空氣，導(dǎo)致工作介質(zhì)形成了彈性；⑥支持活塞做功的連接部件發(fā)生彎曲問題；⑦軋鋼液壓系統(tǒng)液壓缸出現(xiàn)定心不良的情況；液壓缸缸筒或活塞、活塞環(huán)、活塞銷等發(fā)生膨脹，受力變形；油液中含有大量雜質(zhì)；安裝與調(diào)整支架時操作不規(guī)范；材質(zhì)質(zhì)量不合格或液壓缸的橫向載荷較大，導(dǎo)致液壓缸滑動部位出現(xiàn)磨損或拉傷的現(xiàn)象；⑧液壓缸的導(dǎo)向套沒有起到支撐和保證活塞桿和缸筒同軸度的作用，引起別勁；⑨密封圈所受壓力超過最大承受壓力，支持活塞做功的連接部件兩端的螺母太緊，導(dǎo)致其同軸度不良；⑩液壓缸內(nèi)孔沒有較好的直線度。

排除措施：①嚴把安裝質(zhì)量；②控制好制造與裝配過程質(zhì)量；③在運動件的表面涂抹一定劑量的潤滑油，確保運動件之間有較好的潤滑條件；④適當(dāng)增強各組件在受力時抵抗彈性變形的能力，進而防止彈性變形；⑤排除軋鋼液壓系統(tǒng)內(nèi)部空氣；使液壓接頭具有良好的密封性，避免液壓泵吸入大量的空氣；⑥校正支持活塞做功的連接部件；如果臥式液壓缸的支持活塞做功的連接部件伸出長度較長，應(yīng)及時加大支撐；⑦對嚴重變形的各部件進行及時更換或者維修；更換液壓系統(tǒng)使用的液壓介質(zhì)，并認真清洗過濾液壓油的過濾設(shè)備；在重新安裝液壓缸后，需要進行找正，提升支架、剛度；進行適宜的熱處理；降低橫向載荷；⑧確保同軸度；⑨支持活塞做功的連接部件兩端螺母不應(yīng)過緊，確保支持活塞做功的連接部處在自由狀態(tài)；⑩進行鏜磨修復(fù)[3]。

3.2 動作不靈敏，出現(xiàn)阻滯現(xiàn)象

產(chǎn)生原因：①液壓泵在運轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)不規(guī)則問題，產(chǎn)生阻滯和輕微咬死的現(xiàn)象；②液壓缸內(nèi)部吸了空氣；③橡膠軟管在工作中內(nèi)膠脫落，油路不通暢，液壓缸動作不良；④液壓缸承受著較大的橫向載荷。

排除措施：①更換壞掉的液壓泵；②利用排氣閥進行排氣，仔細檢查密封圈是否存在吸入空氣的現(xiàn)象，如果發(fā)現(xiàn)有吸入空氣的現(xiàn)象，應(yīng)及時更換密封圈；③需更換出現(xiàn)內(nèi)膠脫落問題的橡膠軟管；④消除橫向載荷。

3.3 不能動作

產(chǎn)生原因：①液壓缸的背壓過大；②油液沒有進到液壓缸；③支持活塞做功的連接部件承受著較大的橫向載荷，出現(xiàn)別勁、拉缸等現(xiàn)象。④液壓缸水平旋轉(zhuǎn)過程中，支持活塞做功的連接部件因為自身重量而產(chǎn)生一定程度的撓度，導(dǎo)致液壓缸的導(dǎo)向套、活塞出現(xiàn)偏載現(xiàn)象，液壓缸的缸蓋密封被損壞；⑤進油壓力過低，不能滿足規(guī)定值；⑥設(shè)計與制造缺少可行性，當(dāng)活塞從一個止點行至另一個止點后回程時，壓力油能夠作用在活塞上的實際工作面積較??；⑦液壓缸滑動部件之間密封摩擦力太大；⑧除上述原因之外還有一些其他原因，例如：濾液壓油的過濾設(shè)備出現(xiàn)堵塞的情況，油路通行太小，油液黏性過大過小；油液中進入了大量的空氣；液壓系統(tǒng)使用的液壓介質(zhì)污染較為嚴重；由于操作不當(dāng)接錯管路；壓力表受損等等。

排除措施：液壓缸出現(xiàn)無法動作的問題通常都是發(fā)生在剛安裝好的軋鋼液壓系統(tǒng)液壓缸上。排除液壓缸不能動作的故障首先應(yīng)該從軋鋼液壓系統(tǒng)液壓缸外部仔細查找原因，運用相應(yīng)的排除方法，將外部因素進行排除之后，再對軋鋼液壓系統(tǒng)液壓缸的內(nèi)部進行檢查。①降低液壓缸的背壓；②仔細檢查油路，尤其是軟管的接頭部分，查看其是否存在堵塞問題；對液壓缸到液壓泵的油路進行全面檢查，對堵塞問題做到有效排除；檢查各個閥門之間的密封狀態(tài)；電磁彈簧和電磁線圈有無損壞或燒壞的現(xiàn)象；油路在轉(zhuǎn)換過程中是否具備靈敏性；③確保液壓缸的軸線和液壓缸的運動方向相同；加大活塞外徑，將活塞外徑加工制作成鼓凸形，改善其受力情況，進而降低和防止拉缸問題的產(chǎn)生；活塞與支持活塞做功的連接部件之間進行連接時需使用球形補償器（球形接頭）；④對泄油情況進行仔細檢查，有效排除泄漏；檢查活塞與支持活塞做功的連接部件連接處的密封圈是否出現(xiàn)了損壞或因為老化而松脫的現(xiàn)象；⑤檢查溢流閥、減壓閥、順序閥等有無故障；⑥改進設(shè)計方案；⑦支持活塞做功的連接部件與導(dǎo)向套之間可以選擇H8/18配合；對密封圈的尺寸進行嚴格檢查，查看其是否按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行加工；可以使用V型密封圈，適當(dāng)調(diào)整密封摩擦力；⑧定期清洗過濾液壓油的過濾設(shè)備；選擇黏度適中的液壓油；如果液壓油里有少量雜質(zhì)無須更換液壓油，進行過濾即可；對受損嚴重的壓力表進行更換[4]。

3.4 液壓缸氣蝕

產(chǎn)生原因：①液壓系統(tǒng)中傳輸工作流體的管道和控制閥門相關(guān)部件的通路太窄或者彎管較多，會導(dǎo)致液壓油的溫度逐漸上升，形成較大的沖擊力，液壓油中會出現(xiàn)大量氣泡，造成軋鋼液壓系統(tǒng)液壓缸出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象；②軋鋼液壓系統(tǒng)液壓缸的制造材料不具備較高的強度和抗腐蝕性，容易出現(xiàn)發(fā)生氣蝕。液壓缸的制造材料組織不均勻，也是產(chǎn)生氣蝕的原因之一；③液壓油不具備較好的抗泡沫性，產(chǎn)生大量的泡沫，導(dǎo)致液壓缸內(nèi)部一些部位發(fā)生氣蝕；④在裝配液壓缸和維修液壓缸過程中沒有對軋鋼液壓系統(tǒng)進行充分排氣，造成軋鋼液壓系統(tǒng)中存在大量氣體，在高溫和高壓下，液壓缸則產(chǎn)生氣蝕。

排除措施：①按照說明書的相關(guān)規(guī)定，正確而合理地選用液壓油，在符合相關(guān)技術(shù)要求的基礎(chǔ)上，選擇液壓油時應(yīng)參照當(dāng)?shù)氐臍鉁貤l件，并按照油尺標(biāo)準(zhǔn)進行加注；②科學(xué)選擇液壓油添加劑，防止泡沫產(chǎn)生，改善液壓油品質(zhì)，使液壓油的性能得到保證；③避免油溫過高，較低液壓沖擊，對散熱裝置進行有效配置。在實際工作中，一旦發(fā)生油溫過高，相關(guān)工作人員應(yīng)第一時間查找原因，同時進行排除，消除產(chǎn)生氣泡的各項條件。除此之外，在軋鋼液壓系統(tǒng)工作過程中，應(yīng)避免反復(fù)地加大發(fā)動機油門，應(yīng)保持平穩(wěn)操作，降低液壓油對動力元件、執(zhí)行元件、控制元件的沖擊；④在安裝液壓缸的缸體、支持活塞做功的連接部件等零件時，需要根據(jù)裝配尺寸公差的下限值開展裝配工作，防止產(chǎn)生氣蝕。如果液壓缸中部分零件已有氣蝕現(xiàn)象，可以選擇金相砂紙拋光方法，消除氣蝕在液壓缸零件表面形成許多細小的麻點和積垢[5]。

4 結(jié)束語

通過深入分析軋鋼液壓系統(tǒng)液壓缸的常見故障，制定相應(yīng)的排除措施，能夠有效防止液壓故障的發(fā)生概率，進一步降低了故障的處理時間，為生產(chǎn)打下了良好的設(shè)備基礎(chǔ)。