热连轧比例伺服系统液压缸的使用与维修.pdf

第3 2 卷2 0 1 4 年第4 期 总第 1 7 2 期 使用与维护 热连轧比例伺服系统液压缸的使用与维修 李 太钢热连轧厂 斌 太原0 3 0 0 0 3 【 摘 要】 依据热 连轧油缸使用工况特点、 故障类型、 使用维 修现状及存在的问 题， 提出了比 例伺服系 统 油缸的使用、 维修、 管理技术关注重点。 【 关键词】 热连轧 比例伺服 系统 油缸 密封 维修 Us a g e a n d Re p a i r i n g o f Hy d r a u l i c Cy l i n d e r i n Ho t Co n t i n u o u s Ro l l i n g Pr o p o r t i o n a l S e r v o S y s t e m LI Bi n T a i y u a n Ho t C o n t i n u o u s R o l l i n g P l a n t , T a i y u a n 0 3 0 0 0 3 【 A b s t r a c t 】 B a s e d o n t h e o p e r a t i o n c o n d i t i o n f e a t u r e s ， f a u l t t y p e ， u s a g e a n d r e p a i r i n g s t a t u s ， a n d e x i s t i n g p r o b l e ms o f t h e o i l c y l i n d e r i n h o t c o n t i n u o u s r o l l i n g ， p u t f o r w a r d s o me k e y p o i n t s o n t h e u s a g e ， r e p a i r ， a n d ma n a g e me n t t e c h n o l o g y f o r t h e o i l c y l i n d e r o f p r o p o r t i o n a l s e r v o s y s t e m． 【 K e y w o r d s ] H o t c o n t i n u o u s r o l l i n g ， p r o p o r t i o n a l s e r v o s y s t e m ， o i l c y l i n d e r ， s e a l i n g ， r e p a i r i n g 热连轧生产线中所使用的油缸， 由于各厂的 设备配置不同而有所差异 ， 按照油缸所使用的部 位不同来分就有 5 0 ～ 7 O 种之多 ， 而从油缸 的总数量 而言 ， 多数都在3 0 0 个以上， 这其中8 0 ％以上为比 例伺服系统使用。根据某厂两条生产线统计 ， 油 缸类的故障时间和发生的次数都占到机械备件类 故障的2 0 ％一 4 0 ％ 左右。而油缸故障8 0 ％又出现在 比例伺服油缸上。故障不仅造成非计划停机、 产 量损失 ， 还会增加维修频率 ， 加重维修负担。甚至 由于油缸性能缺失或漏油甚至喷油， 不仅会带来 设备稳定性下降， 增加系统控制难度， 甚至直接影 响产品的质量。有时还带来环境污染甚至火灾事 故。现就热连轧系统油缸的使用特点、 故障类型、 维修现状及存在的问题， 从机械设备角度， 提出油 缸使用、 维修、 管理及技术的关注重点。 1 热连轧油缸的工况特点及故障分析 1 ． 1 热连轧油缸使用的工况特 点 1 粉尘污染严重 尤其是生产高强钢、 不锈 钢的热连轧生产线尤为突出， 虽然在粗轧机、 精轧 机上都装有除尘设施， 但油缸所处环境粉尘的污 染还是相当严重 。 2 环境潮湿水汽大 粗轧机、 精轧机、 卷取机 油缸多数处于这种环境之中， 尤其是工作辊平衡 一 42一 缸 、 弯辊、 窜辊缸 、 夹送辊、 助卷辊、 卸卷小车等油 缸 。 3 冲击振动大 对 AGC， A WC 、 精轧及卷取 侧导 、 助卷辊、 夹送辊油缸尤为严重。 4 环境温度高 如炉门油缸、 粗轧机上导位 油缸等。 5 工作压力高 热连轧A WC 、 A G C系统使用 压力都在2 5 ～ 3 0 MP a 之间。 6 比例伺服系统对油缸的性能要求高 由于 多数用于比例伺服系统，所以对内泄、 外泄、 摩擦阻 力、 稳定性都有较高的要求。 综上所述， 热连轧比例伺服系统油缸的工况往 往粉尘、 水汽、 潮湿、 热辐射等并存， 而使用上又要 求较其他油缸性能要好。 1 ．2 油缸常见的失效形式及原因分析 油缸常见的失效形式有 内泄 、 外 泄 、 爬行 、 卡 阻、 振动、 失压等 ， 而这些现象多数是由于密封失 效、 连接失效、 断裂损坏等造成。 1 ． 2 ． 1 密封失效 密封失效是油缸最常见的一种失效形式， 包 括密封件本身的磨损、 挤压变形、 翻转、 谷部开裂、 扭转、 偏磨、 材料老化。同时又包括缸内密封部位 的损坏， 如缸筒 、 活塞杆锈蚀划伤等引起的密封失 效。而这些失效原因又可归纳为以下四种情况 使用与维护 第3 2 卷2 0 1 4 年第4 期 总第 1 7 2 期 1 产品结构不合理 如密封方式选择不合 理、 密封形状及材料选择错误、 参数设计错误、 密 封支持面或接触面设计错误等。 2 加工装配质量差 这类问题主要表现在密 封尺寸精度超差， 表面粗糙度超差 ， 从而引起密封 部位偏心 、 拉伤 、 压不紧或压得过紧。安装孔 口没 有倒角、 去毛刺而引起密封件在安装时被剪切或 划伤。由装配引起的密封失效的原因是装配环境 不清洁， 将杂质带进密封部位， 野蛮装配使密封件 损坏 ， 没有安装在正确的位置上使密封件被压坏， 安装精度不足引起偏心。 3 密封件质量不好或选用不当 有的密封件 表面质量粗糙 ， 尺寸与形状误差大， 密封材料的耐 油性差 、 老化速度快 、 保存期短、 压缩后容易产生 变形 。 4 使用不当 工作条件恶劣 高温 、 高速、 高 压 引起密封件老化过快， 失去弹性产生泄漏。维 护保养不及时不彻底 ， 该换的密封没换或错用了 密封 ， 如截面、 直径及密封方式错误等。 1 ． 2 ． 2 连接 失效 连接失效 主要 表现在各部位连接螺栓 松动 、 断裂或螺纹及螺孔的失效引起的内泄 、 外泄 、 卡 阻、 失压等。最常见的是缸盖螺栓断裂。造成连 接失效的原因可能是螺栓级别选用不当， 紧固力 不够或不均匀， 个别部位长时间维护不到位造成 螺纹孔锈蚀损坏。 1 ． 2 - 3 断裂失效 如活塞杆断裂、 叉头断裂、 缸筒开裂。这可能 是由于冲击振动大或材料选用不当造成的， 也可 能是安装精度差造成别劲等。 2 油缸维修现状 热连轧生产线机械设备消耗相对大型的机械 类备件有轴类 、 辊子类、 油缸类。而由于热连轧生 产线设备的先进性、 复杂性， 油缸 占备件相对较大 的比例 ， 一般都是根据机装量准备一定数量的备 件进行离线修复。 目前油缸尤其是比例伺服系统油缸主要维修 渠道 一种是返回原制造厂修理， 一种是找一些专 门修理油缸的厂家修理。由于这些伺服缸多是从 国外引进的， 如返回原国外厂修复不仅价格高且 周期长 ， 所 以一般都是选用国内制造油缸厂维 修。这些实力相对较强的油缸厂， 油缸修旧非其 主营业务， 同时由于前些年大上项目， 其主要精力 全部 放在油缸新制上 ， 所 以对油缸 的修 旧投 入不 足 。对油缸的失效形式 、 机理也很少研究 ， 而且价 格高、 交货周期长 ， 一般在三个月到半年， 甚至更 长。而多数油缸专门修理厂都是一些相对小型企 业。缺乏完善的企业管理机制和硬件设施 ， 尤其 是修 旧环境根本无法满足 比例伺服类油缸的要 求， 而且有不少环节需要外委完成 ， 缺少一套严格 精密的维修程序 ， 这就是造成油缸修复后达不到 使用周期 ， 同时带来了伺服系统的污染。因此， 要 搞好油缸修复必须具备基本的硬软件条件。 3 对油缸维修的硬软件配置 3 ． 1 伺服 系统油缸修复必不可少的硬件设施 1 修理场地必须达到一定的清洁度要求 ， 封 闭严密， 要有专门放置油缸的平台。 2 必须配置高压清洗工具。 3 高性能珩磨机、 高精度外圆磨床等。 4 各种力矩扳手 ， 同时需要特制一些专用拆 卸辅助工具 。 5 打压设备及油品清洁度保证措施 。 6 探伤设备及有资质的探伤人员。 7 必须要有一定数量专业技术人员和工人。 8 制做一些油缸拆装对中装置。 3 ． 2 伺服 系统油缸修复至关重要的软件条件 1 完善的质量控制体系， 这里所讲不仅仅是 通过I S 0 9 0 0 0 认证 ， 而且在维修过程中能不折不扣 执行 I S 0 9 0 0 0 标准 。 2 一套完善并能严格执行的工艺流程， 从油 缸接收到清洁、 拆卸、 检查 、 修复判定、 修复、 组装 、 测试、 检验， 每一步都必须认真并做好的记录。 3 建立所修复油缸的技术资料及修复履历 表。对每一个油缸的工况条件、 技术参数、 修理过 程要记载并且分类保存。 4 掌握油缸使用的工况 ， 只有充分详细掌握 油缸使用的部位 、 环境及系统对油缸的要求 ， 才能 在维修中正确分析判断失效原因和采取相应的有 效措施。 4 油缸修 复的重点技术环节 液压缸 的修理不只是更换密封件的简单工 作， 而是一项复杂的技术工作 ， 涉及到材料、 机械 加工、 液压技术 、 密封技术 、 热处理技术 、 检验技 术 、 现场管理等诸多技术。 4 ． 1 密封件 、 导向套 、 防尘圈等的选用 ． 43 ． 第3 2 卷2 0 1 4 年第4 期 总第 1 7 2 期 使用与维护 4 ． 1 ． 1 密封件 油缸失效绝大多数是由于密封失效引起的， 因此如何正确的选择和使用密封件是油缸修理应 该认真面对的问题。密封有动密封和静密封之 分， 静密封多数是O型圈， 只要检查沟槽尺寸和密 封断面尺寸， 按油缸要求选用是问题不大的， 而动 密封则相对就 比较复杂了。 1 缸筒、 活塞杆相应密封部位的修复 油缸 在使用过程中， 相对运动的密封部位会磨损 ， 而 同 一 材质、 规格的密封其使用尺寸也会有一定范围， 要保证 油缸有效 的密封 效果及 良好 动态 运行特 性。如果密封部位的尺寸在其允许范围内， 只需 按 图纸要求更换就行了。而当密封部位尺寸超出 允许范围 普通密封在 0 ． 1 m m内， 对于采用斯特 圈、 格来圈部位可以放宽到0 ．2 m m 时 可以通过恢 复油缸的原始尺寸 ， 仍采用原设计密封 ， 对于磨 损较小的采用退镀， 重新电镀恢复原尺寸 。 划痕是液压缸最常见的一种密封失效。如果 划痕不太多 ， 一般对划痕进行激光补焊 ， 之后重新 镀铬。如果划痕较深 大于 0 ． 1 0 mm 或是划痕相对 较多， 可以对缸筒进行扩孔加工， 将活塞相对应部 位也相应增加直径 ， 而后改变密封尺寸。这种方 法优点是省去了新制缸筒的制作费用和时间， 但 是 ， 这样密封成了非标准的， 这种密封的原料及加 工必须是有实力的厂家才行。 2 密封件 的选用 在密封件的选用 中， 硬度 、 摩擦系数、 压缩永久变形 、 拉断伸长率、 撕裂强度、 使用温度要综合考虑。目前， 对于A G C 缸之类的 伺服类油缸的密封还是进口件相对好。 在这里需要强调 的是密封 的材质 、 结构 与油 缸 的形式有关 。某 厂 A G C油 缸属于柱塞型 ， 而 采用了进 口密封的国产代替产品后 ， 使用寿命明 显 降低 ， 由原来 的使用 4 年 以上缩短为 1 年左右 。 这是 因为该油缸属 于典 型的长行程柱塞油缸 ， 没 有导向套， 偏摆量较大， 此处的P T F E 材料硬度、 耐 磨性 、 导热性都有较高的要求。而国内密封生产 厂没有注意到该油缸的这些特点， 所使用的P T F E 升级版密封减少了铜粉等成分 ， 造成密封硬度及 导热性能降低， 易出现变形和断裂。 4 ． 1 ． 2 导向支撑材料选用 导向套材质、 结构直接影响着油缸的使用寿 命， 导向套材质多为P rI ’F E ， 它的密度、 最大表面静 压力、 线膨胀系数、 使用温度对其使用性能至关重 要， 如果选材不当则会出现摩擦阻力增大， 动态性 一 44一 能受到影响， 甚至出现卡阻、 爬行现象。 4 ． 1 ． 3防尘 圈 防尘圈往往容易被忽视， 但在环境恶劣的热 轧生产线防尘圈所起 的作用 至关重要 ， 它是防止 系统污染 、 密封失效 的首道 门户 。所 以防尘 圈材 料既要具有较高的硬度 其唇 口能防止污染物进 入 ， 又要具有 良好 的弹性 ， 以实现唇 口和拉杆 的 过盈配合 ， 还要有良好的形状记忆， 以适应设备的 摆动 ， 同时还需要具备低摩擦特性。防尘圈选用 不当是导致活塞杆划伤、 缸筒划伤 、 拉杆封、 导向 套损伤失效的罪魁祸首。所以防尘圈的选用决不 可掉以轻心， 一定要使用耐热、 防水性能好的， 有 条件时在其内部通入压缩空气， 以防止烟尘、 水汽 进入。 4 ． 2紧固件 螺栓选用不当也是引起油缸失效的常见故 障， 这里有几点需要强调 一是螺栓等级必须按照 设计等级选用 ； 二是紧固必须用力矩扳手对角紧 固； 三是螺栓不可多次使用以防其性能降低。 4 - 3 结构 和缺 陷 的改进 目前 国内的热连轧生产线多 系从 国外 引进 ， 其伺服比例类油缸多为原装进 口。进口油缸并非 十分完善 ， 它有一个不断变化完善的过程， 要做深 入的分析 ， 属于原缸结构上的缺陷需要在修旧过 程 中发现并加以改进 。 4 - 4 修 旧次数的确定 油缸不可能无限次数的修复， 尤其对一些小 直径油缸， 有时其修旧费用并不比新制费用低 ， 所 以要根据使用状况对整缸或部分件实施报废。 4 ． 5 油缸 A Bc分类及履历表 对备件按其重要程度、 价格等进行A B C 分类， 这是常见 的一种备件管理模式。对油缸进行 A B C 分类 有利于对重要油缸进行管控跟 踪 ， 同时对 A 类重要油缸一般都建立使用履历， 这对油缸的事 故分析、 维修及改进非常有效 。 4 ． 6 油缸修复前的检测 油缸解体后对油缸全部部件尤其是缸筒、 活 塞、 活塞杆等进行全面认真检查和尺寸测量非常 重要。对活塞杆、 缸筒等尺寸的检测至少在长度 方向进行三处测量， 而每处均进行对角检测。 5 结论 1 要搞好热连轧比例伺服系统油缸维修， 必 [ 下转第4 7 页] 使用与维护 第3 2 卷2 0 1 4 年第4 期 总第 1 7 2 期 按9 。 4 3 4 7 ” 制造的， 否则就加工不出来； 蜗轮和东 侧蜗杆的螺纹导角都是按 1 1 。 3 6 2 5 ” 制造的， 因 此没有发生磨损 ， 而西侧蜗杆的螺纹导角是按 1 0 。 4 9 0 6 ” 制造 的 ， 与蜗轮 的螺纹导角 1 1 。 3 6 2 5 ” 不匹配， 因此每次都发生异常磨损。根据以上分 析提出把东侧蜗杆的一根备件经过改制后安装到 西侧压下减速机中使用。2 O l 1 年 1 2 月年修时， 将 改制后的蜗杆上机投用 ， 使用至今有一年多了， 与 之配对的蜗轮至今磨损不到1 mm 。 、／ l f | ／ ／ ／ ／ | ／ ， ， | ／ ， ／ q | ／ ／ 二 | | ／ ，／ j ∥ ／ ， | { | r ／ ／／ | r ， 2 0 6 0 1 0 0 1 4 0 1 8 0 2 2 0 2 6 0 3 0 0 3 4 0天 4 0 8 0 1 2 O 1 6 0 2 0 0 2 4 0 2 8 0 3 2 0 3 6 0 图4二辊轧机部分压下蜗轮的磨损曲线 图4 中曲线①2 0 0 8 年 1 月 1 日至2 0 0 8 年7 月 2 2日在机使用 1 9 2 天， 年修时换下。曲线②2 0 0 8 年8 月2 0日至2 0 0 9 年3 月5日在机使用 l 9 8 天， 周 修时换下。曲线③2 0 0 9 年3 月6日至2 0 0 9 年 1 0 月 2 1 日在机使用 2 2 9 天 ， 周修时换下 。曲线④ 2 0 0 9 年 1 0 月2 1 日至2 0 1 O 年9 月2 5日在机使用 3 3 9 天， 周修时换下。这次更换的是新厂设计制造 的一副蜗轮蜗杆 ， 前面 2 5 0 多天使用的情况一直很 稳定， 但是在2 0 1 0 年6 月下旬～ 7 月上旬的一段时 ； ； 茄 [ 上接第4 4页] 须按照一定标准要求检查维修厂具备必要的硬件 和软件条件， 特别是达标的维修车间环境。 2 密封失效是油缸尤其是比例伺服系统油 缸最常见的失效形式。而密封失效与密封件结 构、 材质选用、 制造质量及油缸的装配质量密切相 关。所以密封件选用和装配是油缸修旧的重中之 重。同时导向套、 防尘圈、 防尘罩都是保证油缸正 常使用和密封不失效的重点环节。 间内西侧压下减速机接连断了3 根高速轴， 在后两 次检修中蜗轮蜗杆的安装位置不正确导致了后来 的异常磨损。曲线⑤2 0 1 O 年9 月2 5 日至2 0 1 1 年9 月2 3日在机使用3 6 5 天， 周修时换下。这次更换 的还是原厂设计制造的一副蜗轮蜗杆， 曲线上的6 个平台是发现蜗轮有剧烈磨损后， 检查蜗杆的啮合 表面发现在蜗杆螺旋线的入口四分之一圈内有局 部发黑发蓝的过热现象并伴有剥落和点蚀缺陷， 现 场对此缺陷用油石进行打磨处理后继续使用， 一般 能保证三四十天内磨损不再扩大， 因此在曲线上形 成了一系列的平台。这也是为了延长蜗轮使用寿 命不得已而为之的一种方法， 是多年来面对这压下 蜗轮异常磨损总结出的应对措施之一。总体来看， 这5 个连续更换的蜗轮在机使用时间越来越长。 4 结束语 由于蜗杆的螺纹导角设计加工错误造成蜗轮 的异常磨损 ， 在设备使用维护中非常少见， 因此开 始也是从常规检测和设备装配上查找原因， 但问 题始终无法解决， 走了不少弯路。在2 0 1 1 年 1 2 月 份年修中， 西侧压下减速机更换了经过改制的蜗 杆以后， 西侧的蜗轮蜗杆传动副一直运行正常， 使 用至今蜗轮只磨损了不到 1 m m， 解决了多年来设 备维护 中的困扰。 参考文献 【 1 1 濮良贵． 机械设计[ M] ． 7 版． 北京 高等教育出版社， 2000． [ 2 】 机械设计手册编委会． 机械设计手册 第三卷 [ M】 ． 北京 机械 工业出版社 ， 2 0 0 0 ． 2 0 1 3 --0 6 --1 1 收稿 3 对油缸的事故分析和缺陷改进是提升油 缸使用性能， 消除设计和制造缺陷的有效方法 ， 必 须认真关注。 4 标准化的油缸修复工艺流程、 对油缸进行 A B C 分类并建立履历 、 确定正确的修复次数也是 油缸修复环节中的有效方法。 2 0 1 3 0 5 1 7 收稿 47 ． 加 堪 H m 0