90mm卷板機平衡缸活塞桿斷裂分析及處理

宋宇峰

（新疆天利高新檢維修車間，新疆 獨山子 833600）

1 簡述

合作單位擁有1臺90mm×3200mm三輥數(shù)控液壓卷板機，1996年采購時，為西北地區(qū)最大卷板機。主機主要技術(shù)參數(shù)如表1。

2016年5月12日，在異地搬遷長期閑置后的首次上輥升降測試過程中，發(fā)出異常的悶響后停止操作，對上下輥滾動部位、支撐部位進行檢查，發(fā)現(xiàn)平衡缸活塞桿發(fā)生斷裂，見圖1。平衡缸主要技術(shù)參數(shù)如表2。

表1

表2

經(jīng)外觀檢查，發(fā)現(xiàn)：d第一，平衡缸活塞桿與掛板的中間連接桿發(fā)生彎曲變形，旁彎約10°，平衡缸活塞桿發(fā)生側(cè)彎約25°并折斷。

第二，平衡缸缸體側(cè)面與基礎(chǔ)發(fā)生擠壓接觸，造成基礎(chǔ)局部混凝土破碎（見圖1）。

圖1 平衡缸活塞桿斷裂照片

對平衡缸拆檢后發(fā)現(xiàn)：第一，活塞定位半環(huán)受剪力已變形并卡在環(huán)槽中，見圖2。第二，活塞體與上缸蓋貼合無法分離。第三，平衡缸活塞桿與中間連接桿的連接螺紋遭到破壞無法旋轉(zhuǎn)。

圖2 平衡缸活塞定位環(huán)變形照片

2 故障分析

結(jié)合外部故障現(xiàn)象及拆檢后狀況分析，認(rèn)為平衡缸活塞桿是被壓斷的。折斷原因如下。

（1）平衡缸安裝高度不當(dāng)。平衡缸的安裝標(biāo)高可利用底部的墊鐵組調(diào)整。中間連接桿頭部在掛板滑動槽的位置可以調(diào)節(jié)與活塞桿的螺紋旋合深度來略微調(diào)整。

圖3 平衡缸活塞桿斷裂原因分析

位置調(diào)整恰當(dāng)?shù)脑?，上輥即使到下死點位，掛板滑動槽頂部也不應(yīng)與中間連接桿頭部及其銷軸發(fā)生接觸。

實際情況是錯誤的調(diào)整使平衡缸活塞桿直聯(lián)的中間連接桿偏高約8cm，在試車時對上輥進行下極限位測試，操作者及參與者未關(guān)注平衡缸活塞桿伸出的情況，在平衡缸活塞桿全部伸出的時候，仍強行下壓上輥。在掛板滑動槽頂部和中間連接桿頭部及其銷軸接觸產(chǎn)生阻力致使上輥下降速度急速降低時，認(rèn)為可能是上輥油缸內(nèi)泄引起的，未能引起警覺，仍繼續(xù)下壓，導(dǎo)致活塞桿的薄弱部位最終斷裂（圖3）。

（2）平衡缸活塞桿斷裂處有舊傷（圖4）。從斷口面看，折斷處有均勻的油浸痕跡，可以判斷是由于彎折點圓周方向有舊裂痕造成的，說明在此次試車之前也有過類似強行上拉（圖2中定位半環(huán)受剪力已變形并卡在環(huán)槽中）強行下壓現(xiàn)象，并造成了缸桿一定程度的損傷，但現(xiàn)象不明顯，外觀上無變化，未能引起重視。

圖4 活塞桿斷口照片

（3）上輥上下限位失效。上輥上升或下降至極限位置前，上下限位應(yīng)適當(dāng)提前動作，阻止上輥繼續(xù)向同一方向運動，以保護上輥兩側(cè)的缸體，如果位置合適，同時也能起到保護平衡缸的作用。但實際是搬遷至舊址的過程中，可能是由于磁力感應(yīng)開關(guān)工作不正常，人為的將磁力感應(yīng)開關(guān)接至集控PLC的限位信號進行了短接，造成上下限位失效，失去了此項保護能力。

（4）三輥卷板機遷址后，對遺留問題，如上輥壓力不顯示、液壓系統(tǒng)電控聯(lián)動、無限位保護等，未能持續(xù)跟蹤，給予排除。

3 解決措施

梳理清楚了故障原因，查看了各部件的損壞狀況，本著節(jié)約維修資金的目的，決定不更換平衡缸及有局部彎曲、連接螺紋無法分離的中間連接桿，采取修復(fù)部分零件、加工部分零件、利舊部分零件解決，具體如下。

圖5 新活塞桿零件圖

圖6 中間連接桿修復(fù)圖

圖7 各缸動作及行程關(guān)系配合圖

（1）對平衡缸活塞桿、固定半環(huán)、固定半環(huán)外箍進行測繪。對原工件上不合理的直角過度點進行圓弧過度。將固定半環(huán)厚度、半環(huán)固定卡槽寬度各增加2mm，增強抗剪力。因活塞桿斷頭與中間連接桿的螺紋無法旋轉(zhuǎn)，估計內(nèi)螺紋已經(jīng)損壞，將新活塞桿的外螺紋由M100×2改為非標(biāo)的M104×2。采用現(xiàn)有材料直徑120mm，材質(zhì)42CrMo的圓鋼按圖加工。歷經(jīng)粗車、調(diào)質(zhì)、精車、精磨等工序終成，見圖5。

（2）用300t油壓機、氣焊加熱對中間連接桿的旁彎處進行熱校正，使中間連接桿的直線度偏差小于1mm（圖5）。

（3）用水平鏜床將無法旋轉(zhuǎn)的平衡缸活塞桿斷頭從中間連接桿的內(nèi)螺紋中車削掉（圖6）。

（4）中間連接桿的內(nèi)絲螺紋100×2已經(jīng)有約25mm損壞，繼續(xù)使用原螺紋，會對拉力有所減弱。只能按新活塞桿的外螺紋尺寸配做。中間連接桿上端為方形半圓頭，尺寸過大，無法穿進普通車床主軸孔中，半圓頭的結(jié)構(gòu)無法使用三爪或四爪卡盤直接卡住該工件。為能使該工件上普通車床進行修復(fù)，在半圓頭部位焊接臨時固定點，用四爪卡盤卡緊后找正，在內(nèi)螺紋的外側(cè)圓柱形部位使用中心架再固定，將原螺紋改制為非標(biāo)M104×2。

（5）對掛板上部與中間連接桿頭部的不貼合部位進行修磨，使兩者即使接觸也不會出現(xiàn)卡住問題。

（6）更換平衡缸所有密封件，缸體利舊，重新裝配。

（7）恢復(fù)調(diào)整上輥限位開關(guān)，摘除PLC位置信號的短接線。

（8）由于平衡缸活塞桿伸出為空載工況，正常系統(tǒng)壓力即可滿足需要，超過系統(tǒng)壓力一定產(chǎn)生受壓或內(nèi)部故障。在該油路增加壓力繼電器，利用壓力繼電器的常閉觸點串聯(lián)進上輥下行按鈕回路，起到超設(shè)定壓力后切斷上輥下行動作，壓力恢復(fù)正常值后方可繼續(xù)下行的功能。

（9）對平衡缸安裝標(biāo)高重新調(diào)整，按照上輥最大行程400mm（未裝限位開關(guān)的情況下），掛板的滑動槽有效行程500mm，寬度85mm，中間連接桿頭部的銷軸直徑80mm，平衡缸行程150mm的實際尺寸。平衡缸標(biāo)高調(diào)整時以主機標(biāo)高為基準(zhǔn)，將上輥開至上極限位，平衡缸平衡桿全出，中間連接桿頭部的銷軸與掛板滑動槽底部留5mm～8mm間隙，達到上輥無論在任何位置，掛板滑動槽頂部與中間連接桿頭部的銷軸始終有間隙的目的（見圖7）。

4 結(jié)語

通過空負(fù)荷試車及卷制60mm鋼板，直徑3.5m整圓工件，卷板機正常工作，證明平衡缸完全恢復(fù)了功能，此次檢修改造取得圓滿成功。