降低H型鋼軋機(jī)液壓壓下系統(tǒng)故障

宋端陽

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

1 液壓壓下系統(tǒng)存在問題

首鋼長(zhǎng)治鋼鐵有限公司軋鋼廠（全文簡(jiǎn)稱長(zhǎng)鋼）H型鋼生產(chǎn)線精軋機(jī)組軋輥輥縫調(diào)整采用液壓壓下進(jìn)行自動(dòng)控制，設(shè)備簡(jiǎn)圖如圖1所示。

精軋機(jī)組執(zhí)行元件壓下缸的驅(qū)動(dòng)采用三通閥—不對(duì)稱缸控制模式，壓下缸活塞桿腔通的恒定低壓壓力由三通減壓閥控制，工作范圍4～6 MPa。壓下缸液壓原理圖如圖2所示。壓下缸活塞桿腔壓力由壓力傳感器讀取，并傳輸給電控TCS系統(tǒng)。生產(chǎn)中經(jīng)常發(fā)生壓下缸活塞桿腔壓力波動(dòng)超出設(shè)定范圍，致使電控TCS系統(tǒng)報(bào)警停車。

壓下缸采用位置閉環(huán)控制系統(tǒng)，從原理圖中可以看出，活塞桿腔壓力的波動(dòng)將造成活塞腔壓力（軋制力）的波動(dòng)?；钊麠U腔壓力過大，使活塞腔的軋制力增大。當(dāng)活塞桿腔壓力超過8 MPa時(shí)，為保證壓下缸位置，軋制力將達(dá)到一定數(shù)值，即使沒有鋼坯在軋制，電控程序依然默認(rèn)為精軋機(jī)組內(nèi)有坯料在軋制，致使電控程序控制精軋機(jī)組錯(cuò)誤動(dòng)作?；钊麠U腔壓力過低將導(dǎo)致壓下缸規(guī)定時(shí)間內(nèi)無法回退到位，使精軋機(jī)組報(bào)錯(cuò)停機(jī)。同時(shí)精軋機(jī)組每次在更換軋輥輥系后需要校準(zhǔn)才能生產(chǎn)，即液壓AGC中對(duì)軋機(jī)彈跳進(jìn)行補(bǔ)償。生產(chǎn)中壓下缸活塞桿腔壓力出現(xiàn)波動(dòng)將造成計(jì)算的軋機(jī)彈跳補(bǔ)償值（彈簧—力）失真，使實(shí)際控制輥縫出現(xiàn)偏差。

2 故障原因分析

控制壓下缸活塞桿腔壓力的三通減壓閥使用某國(guó)外品牌產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)圖如下頁圖3所示。從圖3中（圓圈標(biāo)識(shí)位置）可以看出三通減壓閥內(nèi)有2個(gè)阻尼孔，直徑約0.2 mm，三通減壓閥出口壓力異常波動(dòng)主要為阻尼孔堵塞所致。現(xiàn)場(chǎng)對(duì)更換下來的三通減壓閥進(jìn)行拆解，查找污染物來源，發(fā)現(xiàn)污染物不是從液壓泵方向（P至A）傳過去的，而是由執(zhí)行元件（液壓缸）內(nèi)部磨損損壞產(chǎn)生的，即三通減壓閥流向中A至T產(chǎn)生的。

從精軋機(jī)組液壓控制原理圖中發(fā)現(xiàn)，通過三通減壓閥的壓力油同時(shí)傳輸給了壓下缸的活塞桿腔和平衡缸的活塞桿腔（平衡缸液壓原理圖如下頁圖4所示）。平衡缸活塞桿腔恒通低壓，活塞腔恒通系統(tǒng)壓力（30 MPa）。平衡缸的作用為支撐上軋輥輥系，消除上軋輥輥系自重，使上軋輥軸承座緊貼壓下缸。平衡缸活塞桿腔通恒定低壓的目的為防止活塞桿腔空吸并吸入水和粉塵，換輥時(shí)用于放下上軋輥。

圖4 平衡缸液壓原理圖

檢查精軋機(jī)組在線液壓缸的使用壽命統(tǒng)計(jì)記錄發(fā)現(xiàn)，軋機(jī)壓下缸的使用壽命至少為一年以上，而平衡缸的使用壽命平均僅為2—3個(gè)月。從上述分析、檢查可以發(fā)現(xiàn)提高執(zhí)行元件（平衡缸）的使用壽命將可有效降低污染源的產(chǎn)生，減少三通減壓閥阻尼孔堵塞的發(fā)生。

3 改進(jìn)方案

H型鋼精軋機(jī)組原使用的平衡缸為進(jìn)口件，為降低成本進(jìn)行了國(guó)產(chǎn)化，但使用壽命也相應(yīng)降低?，F(xiàn)場(chǎng)更換下線的平衡缸活塞桿（如圖5），活塞桿上有大量麻坑、鍍鉻層有“起皮”現(xiàn)象平衡缸工作在重載、水淋、高粉塵的惡劣環(huán)境下?；钊麠U上大量麻坑以及“起皮”主要有兩種原因：一種為基材內(nèi)部應(yīng)力造成的，一種為外部水氣進(jìn)入腐蝕基材造成的。從平衡缸使用壽命以及損壞原因看，平衡缸的國(guó)產(chǎn)化制作工藝存在缺陷需重新改進(jìn)，同時(shí)使用工作環(huán)境需要改善。

3.1 活塞桿強(qiáng)度校核和熱處理改進(jìn)

平衡缸垂直安裝，支撐件形變承受彎曲力矩，l/d＜10，對(duì)活塞桿強(qiáng)度進(jìn)行校核（平衡缸Φ60/45-175）[1]。

圖5 更換下線的平衡缸活塞桿

得：F=78.6 kN

式中：P1為液壓系統(tǒng)最大工作壓力；P2為經(jīng)減壓后的活塞桿腔壓力；D為活塞直徑；d為活塞桿直徑；F為作用在活塞桿上的力；σ為活塞桿應(yīng)力。

原活塞桿材質(zhì)為42Crmo調(diào)質(zhì)，

n=σS/σ=16，滿足強(qiáng)度要求。

熱處理方面增加表面高頻淬火提高耐磨性以及和鍍鉻層的結(jié)合力，淬透深度2 mm，HRC≥45。對(duì)活塞桿進(jìn)行精磨提高與鉻離子的親合力以及消應(yīng)，拋光光潔度Ra≤0.3。

3.2 平衡缸結(jié)構(gòu)形式的改進(jìn)

原活塞桿腔因工作壓力低，密封采用單YX型密封圈，改進(jìn)為斯特封加YX圈的組合密封形式。

防塵圈由聚胺脂材質(zhì)的J型防塵圈改為Z5型防塵圈，該防塵圈由四氟圈和橡膠O型圈組成，在多粉塵的作業(yè)環(huán)境下可有效提高抗磨、除塵能力。

為提高平衡缸工作穩(wěn)定性以及減少內(nèi)泄漏的可能，將活塞與活塞桿改為一體式。

3.3 活塞桿鍍鉻工藝改進(jìn)

活塞桿原采用的鍍硬鉻工藝，單邊鍍鉻層厚度為30 μm，由于鍍鉻層針孔的存在，在水淋、多粉塵的環(huán)境下防腐能力差。改進(jìn)為鍍雙層鉻（先鍍?nèi)榘足t，后鍍硬鉻）工藝，即先鍍0.04～0.05 mm的乳白鉻，再鍍0.04～0.05 mm的硬鉻，單邊鍍層厚度為0.08～0.10 mm，HV為 950±30，要求鍍前對(duì)基材消應(yīng)，鍍后3 h去氫，拋光光潔度Ra≤0.3。

3.4 外部工作環(huán)境的改善

在熱軋軋制時(shí)不可避免要產(chǎn)生大量的氧化渣，由于平衡缸垂直安裝，大量氧化渣堆積在平衡缸活塞桿周圍加速了活塞桿的腐蝕以及磨損。從軋機(jī)沖淋冷卻水管上引出專用的沖渣水用以去除平衡缸活塞桿周圍的氧化渣，有效改善平衡缸工作環(huán)境。

4 結(jié)語

通過對(duì)平衡缸制作技術(shù)要求的改進(jìn)以及工作環(huán)境的改善，平衡缸壽命提高了2.5倍，三通減壓閥因污染物堵塞、卡阻造成的輸出壓力超設(shè)定范圍故障得到有效控制。后又摸索出平衡缸的使用周期，采取定換措施。對(duì)壓下缸增加防塵罩延長(zhǎng)壓下缸使用壽命等措施后，后期未再發(fā)生因三通減壓閥輸出壓力超設(shè)定范圍造成的軋機(jī)液壓壓下故障。