连铸机切割横移框架液压系统故障分析与处理.pdf

液 压 气 动 与 { 磐．1 “／20 1 5年 第 09期 d o i l O ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 8 0 8 1 3 ． 2 0 1 5 ． 0 9 ． 0 1 4 连铸机切割横移框架液压 系统故障分析与处理 范 牧， 雷 鹏 ， 苗 凯 武钢股份设备维修总厂 ， 湖北 武汉4 3 0 0 8 3 摘 要 根据连铸机切割横移框架液压系统的工作原理 ， 对切割机横移框架结构变形后出现压力冲击故障进行了分析， 通过改变液压 系统的节流方式来减小液压冲击对液压系统的损害效果 ， 很好的解决了生产上的难题。 关键词 进油节流回路； 液压系统； 压力冲击； 故障 中图分类号 T H1 3 7 ． 1 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 5 0 9 0 0 4 4 0 3 On e Ty pi c a l Fa ul t An a l y s i s a n d Di a g no s i s f o r t h e Co n t i n uo us Ca s t i n g M o l d Hy d r a ul i c S ys t e m FAN M u， LEIPe n g， MI AO Kai Ge n e r a l E q u i p me n t Ma i n t e n a n c e a n d R e p a i r P l a n t o f WI S C O， Wu h a n 4 3 0 0 8 3 ， C h i n a Ab s t r a c t Ac c o r d i n g t o t h e h y d r a u l i c s y s t e m’ S w o r k i n g p r i n c i p l e o f c o n t i n u o u s c a s t i n g ma c h i n e c u t t i n g t r a v e r s e f r a me ， t h e p r e s s u r e i mp a c t o n t h e c u t t i n g ma c h i n e t r a n s v e r s e f r a me s t r uc t ur e a f t e r de f o r ma t i o n i s a n a l y z e d， t h r o ug h c ha ng e t h e t h r o t t l e wa y t o r e d u c e t h e h y d r a u l i c s h o c k e f f e c t o n h y d r a u l i c s y s t e m d a ma g e ， i t s o l v e d t h e p r o b l e m i n t h e p r o d u c t i o n ． Ke y wo r d s o i l i n l e t t h r o t t l e c i r c u i t ； h y d r a u l i c s y s t e ms ； p r e s s u r e i mp a c t ； f a i l u r e 0 引言 钢水经连铸机拉坯成形后 ， 需经切割机按一定大 小尺 寸对钢坯进行 切割 。为 了避免切 割火焰割 伤辊 子 ， 通常采用切割平移框架前后来 回移动 ， 使辊子避开 切割枪火焰 ， 保护辊子。如图 l 所示， 切割横移框架由 内外侧两个油缸和一组辊道框架组成 ， 辊道框架上安 装一组辊子， 内外侧两个油缸一端固定在基座上， 一端 连接辊道框架的车体， 通过油缸伸缩来推动辊道框架 在轨道上行走， 辊道框架通过轨道与车轮接触， 保持水 平移动。 卜板坯2 一 板坯输送辊3 一 横移框架车体 4 一 车体轨道 5 一 车轮 6 一 横移框架油缸 图1切割横移框架结构简图 1 切割横移框架液压系统简介 液压原理 图如 图2 所 示 ， 换 向阀左位 电磁铁 得 电 收稿 日期 2 0 1 5 0 卜o 4 作者简介 范牧 1 9 8 2 一 ， 男 ， 湖北武汉人 ， 助工， 学士， 主要从事液压设 备维护工作。 4 4 时， 压力油经液压锁、 单向阀后进入油缸有杆腔， 无杆 腔回油经节流阀、 液压锁、 换向阀流回油箱， 活塞杆收 回， 回油节流 ； 换 向阀右位 电磁铁得 电时 ， 压力油经液 压 锁 、 单 向阀后 进入油缸无杆 腔 ， 有杆腔 回油经节 流 阀 、 液压锁 、 换 向阀流 回油箱 ， 活塞杆伸 出 ， 回油节流 ， 因而此液压系统为典型的回油节流调速 回路。 图2切割横移框架液压原理图 回油节流调速 2 故障现象与原因分析 某钢厂连铸机 1 流横移框架在某一段时期内连续 出现油缸和油管严重漏油的现象 ， 而且经常在更换新 油缸和油管之后不久就再出现爆管或油缸轴封漏油的 情况 。我们先是对备件质量进行 了追踪 ， 发现 同一批 次同一型号的备件在其他流次的横移框架上都没有出 现类似情况。通过在生产现场对 1 流横移框架两边的 Hy d r a u l i c s P n e u m a t i c s S e a l s ／ No ．0 9 ． 2 01 5 油缸两腔进行在线 油压 的监 i 贝 0 ， 发现在横移框架 到了 某一 固定位置 的时候 ， 阀台前检测 的回油腔压力 总会 突然增加到3 5 M P a 左右 ， 不论有杆腔还是无杆腔都会 有油压波峰的情况 ， 而实际液压系统压力在 2 0 MP a 左 右 。经过检查 ， 我们发现横移框架 的轨道上有一小段 凹槽 ， 是磨损导致的， 而横移框架每次运行到凹槽这里 的时候 都会 出现 明显的振动和停顿 ， 此时油 缸 回油压 力就出现压力突然增高的现象。 具体原 因分析如下 在正常运动时 ， 横移框架是匀速运动 ， 加速度 a 0 ， 如图3 所示 ． p 进 x A无 - p x A有 1 横移框架 运动方向 凡一 油缸给横移框架的推力合力， F o -- p a x A _ p M x A 一 横移框架行走时受到的摩擦力 Ⅳ 0 一 车轮给车体轨道的支撑力 G 一 车体及轨道 自 身的重力 p 一 横移框架正常运行时油缸无杆腔压力 1 4 M P a p 一 横移框架正常运行时油缸有杆腔压力5 ． 5 M P a A 一 油缸无杆腔 面积 A 一 油缸有杆腔面积 图3 横移框架在正常轨道上行走的受力分析 我们再分析横移框架在轨道凹槽处的受力分析 ， 如图4 所示 Y Ⅳ _ 车轮给车体轨道的支撑力 Ⅳ在水平 方向的分力 N , Nx s i n a 一 Ⅳ 在垂直方向上的分力 N y N x c o s a G - - 车体及轨道自身的重力 F 一 油缸给横移框架的推力合力 F -- p x A - - p M x A 产摩擦力 I户 Ⅳ ．， 在水平方向的分力 肛c o s a _ 厂 在垂直方向上的分力 ， ； f X s i n c a 一 轨道磨损处的切线和水平方向的夹角， 实测a 最大值约为7 。 图4 横移框架在凹槽轨道上行走的受力分析 我们在水平方向研究横移框架的受力 取横移框 架运动方 向为正方 向 F Ⅳ 文f x ma 2 且 口 P进 A元 p I． i x A Nx s i n o t - f x c o s x m a 式 中 P 进 横移框架运行到缺陷处时油缸无杆腔压 力 1 2 M P a 取测量时的最低值 ； P 横移框架运行 到缺 陷处时油缸有杆腔压 力 3 5 M P a 取测量时的最高值 ， 与P 进取最低值时对 应 ； A无 油缸无杆腔面积 ； A有 油缸有杆腔面积 ； 0 加速度 ； m 横移框架总质量 。 通过现场实验， 我们发现P ， 即油缸有杆腔的回油 压力是一个急速升高的过程， 通过上述分析， 我们可以 看出F -- p进 X A无 - pⅫ x A有 是一个变化的力 ， 不仅大小在变 化 ， 方向也在发生着变化， 随着横移框架开始走人凹槽 位置， 由于Ⅳ x 的作用， 使得刚开始P 还没有急速升高的 时候 ， 对于横移框架是一个加速的过程， 而逐步体现为 速度 的提升 ， 由于此液压系统是回油节流调速 回路 ， 在 之前已将节流孔的大小调节好 ， 实现了设定速度的匀 速运动， 现在横移框架这个大质量的负载突然加速前 进使得回油节流的回油失去平衡 ， 在节流阀之前到有 杆腔的一段管道中形成困油， 此时造成p 『n一快速升高， 这 是一个动能转换为压力能的过程 p X V 容 去 m X v - v o x r ／ 3 式中 p 管道内压力； 容 回油管道至节流阀口的容积； 一 回油压力能最大时的横移框架末速度； t 一横移框架在正常轨道上行驶的速度 ； 横移框架机械传动装置和油缸效率总 和 ， 一0 ． 9 6 。 直到有杆腔的作用力P x A 有 大于无杆腔的作用力 p 进 无 之后 ， 横移框架开始减速， 液压系统回油管道内 的压力还继续上升 ， 到一个压力峰值 3 5 M P a 或者更 高 的时候， 由于回油节流阀在这段时间内通过了一些 流量 ， 释放了一些压力能， P 开始降低 或者油缸或软 管漏油 ， 之后 ， 当有杆腔 的作用力P x A 小于无杆腔 的作用力 p 进 无 之后 ， 油缸继续 向前运动。 针对上述油缸和油管漏油的原因， 我们认为主要 是由于这个双单向节流调速阀的节流孑 L 较小 ， 导致回 油压力上升过快 ， 而且节流 阀与油缸之间全是钢管连 接 ， 吸收压力冲击的能力太小； 又由于蓄能器在阀台前 液 压 气 动 与 密 封 ／20 1 5年 第 09期 面 ， 这样就造成节流 阀对执行元 件造成 的压力 冲击完 全不 能被 蓄能器 吸收 ， 这样几个 原因就造成 了液压 系 统对局部压力冲击不能有效地控制 ， 造成了这个回油 节流系统中承压能力最薄弱的环节软管 、 轴封 、 接 头等容易损坏。 3 解决方案 针对上述分析 ， 我们要解决的主要 问题有两个 1 解决系统压力冲击 的产生 根据式 1 和式 2 的对 比， 我们可以发现 ， 要消除 或者减小这个压力冲击的产生 ， 必须从质量 m和角度 着手 ， 质量是 固定值 ， 我们很难在现场改变整个机构的 质量， 那我们只有从角度 来解决这个压力冲击的产 生， 就是让轨道恢复水平， 消除轨道上的缺陷。由于生 产任务紧， 而且更换轨道需要大量的检修时间， 我们近 期是无法更换轨道， 所以只有从另外的思路来解决这 个问题 了。 2 解决系统压力冲击的吸收 通常液压系统吸收压力冲击有以下几种方式 1 使直接冲击变为间接冲击 ， 可用减慢阀的关闭 速度和减小冲击波传递距离来达到； 2 限制管道中油液的流速； 3 用橡胶软管或者在冲击源处设置蓄能器， 以吸 收液压冲击的能量 ； 4 在容易出现液压冲击的地方， 安装限制压力升 高的安全阀。 由于现场环境较恶劣 ， 不能够在油缸附近加装蓄 能器和安全阀， 也不可能将钢管更换成软管 ， 而调节流 量大小又会影响工艺要求， 我们考虑之后决定采用一 种新思路来解决这个问题 将 回油节流 回路改装成进 油节流 回路 ， 如图 5 所示。 采用进油节流回路之后 ， 可以解决上述液压冲击 对回油管道的损伤， 在回油管道中不会产生困油现象， 这样就可以将液压冲击产生的压力能快速释放掉 ， 而 对于缺陷处产生的压力冲击， 采用进油节流回路之后 ， 压力 冲击可 以快速地被蓄能器吸收 ， 从而减小压力冲 击对液压元件的损害。 图5切割横移框架液压原理图 进油节流调速 4 小结 改造之后监测压力波 动 ， 发现 回油压力最高只有 3 MP a ， 而进油压力波动最高也只有 1 9 MP a ， 改造完成之 后 的4 4 “ 月 内， 再未 出现漏油情况 ， 降低 了设备故 障率 和维修劳动强度， 实现了现场设备的稳定运行。 参考文献 【 1 ] 唐开勇． 机床液压系统压力冲击的产因与解决方法[ J ] ． 机械 制造技术与装备， 2 0 0 6 ， 4 ． [ 2 】 孙莹． 矫直机液压系统压力冲击的解决方案[ J 】 ． 液压与气动， 2 0 1 4 ， 8 ． [ 3 】 苏长鹏． 干冰清洗车液压系统压力故障诊断与排除I J 1 ． 液压 气动与密封， 2 0 1 0 ， 1 ． 『 4 ] 张齐生． 橡胶压块机液压系统中压力冲击的一种处理方法 f J 1 ． 液压气动与密封， 2 0 0 2 ， 4 ． -- - 十- - - - 轻工机械 2 0 1 6 年征订启事 轻工机械 杂志 刊号 C N 3 3 1 1 8 0 ／ T H， I S S N 1 0 0 5 2 8 9 5 ， 创刊于 1 9 8 3 年 ， 由中国轻工机械协会 、 中国联合装备集团有限公司 与轻工业杭州机电设计研究院联合主办， 是一份在国内有较高影响力 、 历史悠久的轻工机械领域的专业性科技期刊。以报道轻工 机械、 自动化技术、 机电一体化、 工艺设计及其应用为特色。 ●双月刊 ， 大 1 6 开 ， 每册定价 1 O ． 0 0 元， 全年 6 0 ． 0 0 元。 ●邮局订阅 代号3 2 3 9 ， 也可直接向本编辑部邮购 另加邮费2 元， 本 。 ●编辑部地址 杭州体育场路7 1 号 3 1 0 o 0 4 电话 0 5 7 1 8 5 1 8 6 1 3 0 、 8 5 1 8 7 5 2 0 E m a i l q g j x z z ma i l ． h z ．z j ． c n 或q g j x z z 1 2 6 ． c o m ●开户银行 杭州工商银行建国北路分理处 ●户头 轻工业杭州机电设计研究院 帐号 1 2 0 2 0 2 2 2 0 9 0 1 4 4 2 8 2 9 7 本刊系中国科技论文统计源期刊f 中国科技核心期刊 ， 已加入 中国学术期刊 光盘版 和“ 中国期刊网” 、 “ 万方数据资源系 统” 、 “ 中文科技期刊数据库” ， 并被 中国学术期刊文摘 、 英国 科学文摘 s A， I N S P E C 、 美国化学文摘 C A 、 美国剑桥科学文摘 C S A 、 美国乌利希期刊指南 U l r i c h 等收录。 欢迎订阅●欢迎刊登广告●欢迎赐稿