液压式裙板故障分析与对策.pdf

Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 0 4 ． 2 0 1 6 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 8 - 0 8 1 3 ． 2 0 1 6 ． 0 4 ． 0 1 9 液压式裙板故障分析与对策 杨莉华 四川机电职业技术学院， 四川 攀枝花 6 1 7 0 0 0 摘 要 该文针对液压式裙板故障产生机理进行分析研究 ， 找出故障产生的原因， 提出解决问题的对策。特别是为消除裙板运动中棒 材出现挂刚、 卡钢及跑钢等故障问题， 文章从提高裙板运动稳定性和同步运动的精度等方面进行了理论分析研究 ， 找到问题的根源， 在生产现场实际中提出了改进方案并得以实施 ， 大大提高系统的稳定性和同步运动的精度 ， 整个系统得以优化。从而提高了产品质 量和生产效率， 具有较强的实用意义和推广价值。 关键词 裙板； 液压系统 ； 故障； 分析 中图分类号 T H1 3 7 文献标 志码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 6 0 4 0 0 5 7 0 4 An a l y s i s a n d S t r a t e g y o f Hy d r a u l i c S k i r t P l a t e Fa u l t s Y ANG Li - h u a S i c h u a n E l e c t r o me c h a n i c a l I n s t i t u t e o f V o c a t i o n a n d T e c h n o l o g y , P a n z h i h u a 6 1 7 0 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t Ba s e d o n h y d r a u l i c a p r o n f a u l t me c h a n i s m a n a l y s i s ， fi n d o u t t h e c a u s e s o f f a i l u r e ， a n d p u t s f o r wa r d t h e c o u n t e r me a s u r e s t o s o l v e t h e p r o b l e m． E s p e c i a l l y t o e l i mi n a t e t h e s k i rt p l a t e mo v e me n t h a n g i n g b a r i n f a i l u r e p r o b l e m s u c h a s j u s t ， s t e e l a n d s t e e l ， t h i s p a p e r i mp r o v e t h e a c c u r a c y o f s k i r t p l a t e mo v e me n t s t a b i l i t y a n d s y n c h r o n o u s mo v e me n t h a s c a r r i e d o n t h e t h e o r e t i c a l a n a l y s i s r e s e a r c h ，fi n d t h e r o o t c a u s e o f t h e p r o b l e m， a t t h e s c e n e o f t h e p r o d u c t i o n p r a c t i c e ， p u t f o r wa r d t h e i mp r o v e me n t p l a n a n d i mp l e me n t e d ， g r e a t l y i mp r o v e t h e a c c u r a c y o f s y s t e m s t a b i l i ty a n d s y n c h r o n o u s mo v e me n t ， t o o p t i mi z e t h e wh o l e s y s t e m． T o i mp r o v e t h e p r o d u c t q u a l i ty a n d p r o d u c t i o n e f fi c i e n c y , h a s s o n g p r a c t i c a l s i g n i fic a n c e a n d p r o mo t i o n v a l u e ． Ke y wo r d s s k i a p l a t e ； h y d r a u l i c s y s t e m ； f a u l t ； a n a l y s i s 0 引言 裙板又叫制动板 ， 是棒材 轧制生产线末端将成 品 钢材制动， 并从生产线抛人冷床的专用设备。钢材经 过 成品架轧机后 以较大 的速度在变频辊道上滑行 ， 此 时裙板下降到低位位置 ， 钢材在重力作用下脱离辊面 进 人裙板 ， 与裙板表面进行摩 擦制动减 速。然后裙板 开始上升， 在中位位置停留一段时间， 待钢材完全制动 后再上升到高位， 完成抛钢过程。 某轧钢公司液压式裙板运动由八个液压缸分别带 动一段裙板运动组成 ， 每块裙板之间通过销轴连接在 一 起整体运动， 实现成 品钢材的制动和下线过程。 液压式裙板结构示 意图如 图 1 所 示 ， 主要 F } 1 液压 缸 、 拨杆、 主轴 、 摆杆、 调整螺杆 、 裙板等组成。摆杆与 调节螺杆之 间通过销连接 ， 再 同裙板一起共 同构成一 个曲柄滑块机构。主轴与拨杆， 主轴与摆杆之间通过 键连接在一起 ， 使其互相之间不会发生相对转动。当 裙板静止 的时候 ， 裙板处于高位 ， 液压缸活塞杆伸到最 远端 。轧件来料后 ， 通过液压系统控制 ， 液压缸活塞杆 收稿 日期 2 0 1 6 0 2 2 3 作者 简介 杨 莉华 1 9 7 2 一 ， 女 ， 四川岳池人 ， 副教 授 ， 硕 十 ， 主 要从事 机 械方面的实践教学工作 。 缩 回， 拉动拨杆 向上转动 ， 通过键连接使主轴顺时针转 动一个角度 ， 带动摆杆向下转动 ， 裙板完成下降过程 。 反之， 液压缸活塞杆伸出， 裙板完成上升过程。裙板的 一 次下降上升便构成 了裙板的一个周期运动。 i 葭 压 缸 援 杆 裙板 调 整 螺 秆 图 1 液压式裙板结构示意 图 1 故障表现形式 液压式裙板在使用过程中， 当8 个液压缸同时工 作， 出现以下的故障 1 钢材通过裙板时在某一段出现挂钢 、 卡钢造成 弯钢， 严重时钢材未完全离开裙板， 被后一根钢撞击造 成跑钢。 2 裙板某一段抛钢过远， 造成该段弯钢。 3 裙板没有中位 ， 钢材未完全制动便离开裙板， 5 7 液 压 气 动 与 密 rd - ／2o l 6年 第 0 4期 与齿条撞击造成跑钢 。 4 裙板各段动作不同步， 钢材下降时呈波浪形 。 2 裙板液压系统工作原理 图 2 所示为裙板 的液压系统原理 图。因 8 组液压 系统构成相 同 ， 故只截取其 中一组液压系统 图进行分 析 。从 图中我们可 以看 m ， 该控制油路包括 的主要元 件有截止 阀 为高压球 阀 、 电磁换 向阀 、 液压锁 、 双单 向节流阀 、 溢流阀 、 单 向阀和液压缸组成 。当裙板静止 时 ， 液压缸活塞杆处于最远端位置。当压力油南P口 进入 ， 电磁换 向阀 a 端得电 ， 液压油从 P口进 B口 ， 开 启液压锁 ， 经单 向节 流阀B的单 向阀 ， 流入液压缸有杆 腔 ， 推动活塞杆缩 回， 无杆腔 的油经单 向节流阀A的节 流 阀节流后 ， 从电磁 阀A口流到T口最终进人油箱 。裙 板完成从高位到低位的下降过程 ； 当电磁阀b 端得电， 液压油从 电磁 阀P口流经 A口， 最后进人液压 缸无杆 腔 ， 推动活塞杆伸 ， 裙板执行从低位 到高位的上升过 程 。液压缸 口连接 的单 向阀和溢流 阀 ， 共 同构成 了 一 个安全阀组来对液压缸进行保护。 L 一 叫 毒 夺 L 一 ， ‘ 寺 ． ● ‘ ● 匪 ● - L ] ． ． ’ l l 图2 裙板 推钢 机液压 系统原理 图 裙板工作时 ， 8 个电磁阀同时获取信号 ， 在每个控 制 回路 T况一致 的情况下 ， 每段裙板 同步运行 ， 整个裙 板动作呈一条直线上下运行。但是在实际使用过程 中 ， 因裙板 液压 缸安装位置偏 差 、 铜套轴 承磨损量 不 同、 节流阀设定流量差异 、 液压阀件卡阻或泄漏等原 因， 裙板无法实现绝对的同步运行 。当某一段裙板动 作与其他裙板不一致时 ， 便容易引发裙板上弯钢跑钢 事故发生 。 3 故障原因分析 1 裙板处挂钢 、 卡钢造成弯钢 、 跑钢故障 钢材从成品架轧机出来 ， 经过变频辊道进入裙板 5 8 或是从裙板抛 出时会出现某一区域 的钢材无法正常进 入或正常抛出 ， 直观看就像 该区域的钢材被卡阻一样 ， 下落后呈拱形弯曲。若该处卡阻严重， 钢材无法整体 落下 ， 在该 区域被后 一根钢材撞击便容易造成裙板上 跑钢事故发生。 若某段裙板低位过 高时 ， 钢材从辊面进入裙板 时 被高出来的一段裙板卡住， 无法正常进入； 若该段裙板 高位过低时 ， 裙板抛钢时又无法把该段钢材抛 出， 这就 容易造成裙板处卡钢和挂钢现象发生 。钢材经裙板抛 出后会进入矫直板， 矫直板用于将下线的钢材进行校 直 ， 其上面等距离分布着齿条。正常抛钢时 ， 钢材会完 全进入矫直板的第一列齿条开始矫直冷却 ， 再 由冷床 动齿条 步进 向外 输送 。当裙板某一 段位置 高位过 高 时 ， 该段裙板会将钢材抛得更远 ， 落入矫直板第二列齿 条， 而其他段钢材依然停留在矫直板的第一列齿条， 当 钢材冷却后便容易形成弯钢 。 2 裙板没有 中位 ， 造成跑钢 裙板动作 的精确定位 南低位 、 中位 、 高位 个位置 组成 ， 其中中位位置用于对 钢材进行制动 ， 待制动后再 进入高位抛钢 。若 不能在 巾位停 留 ， 裙板上 的钢材不 能完全制动， 离开裙板时仍然带有一定的向前的速度， 容易与冷床动齿条发生撞击造成跑钢” I。 3 裙 板 各段 动作 不 同步 ， 钢 材呈 现 波 浪形 产生 废钢 裙板动作 由八个液压缸分别控制一段裙板动作组 成 ， 只有 当每段裙板 动作一致 时整个裙板才能正 常T 作 。在 生产实 际 中会发现 裙板上 钢材下落 时呈波 浪 形， 这说明裙板未完成同步运行， 每一段裙板之间的动 作存 在一定的差异 ， 这种现象是 因为节流 阀组 中给定 的流量不 同所引起的。 4 故障解决方案 4 ． 1保证各段裙板位置的一致性 出现挂钢 、 卡钢造成弯钢 、 跑钢等故障现象一般是 因为该段的裙板与其他裙板位置不一致导致 。按 照以 下步骤进行检查 1 检查控制该 区域的动作执行机构是否存在磨 损 ， 液压元件是否存在泄漏 ， 对磨损的零件进行 更换 。 对于一个液压系统来讲， 泄漏将直接影响该系统中元 件的精确定位 。 2 单独手动控制该液压缸动作， 检查裙板位置是 否正确 ， 若不正确可拧动调节螺母 进行调节。将 裙板 手动控制到高位， 使高位电磁阀得电， 检查裙板各托料 块 的位置状态 。经调节螺杆对托料块位置进行调节 ， Hyd r a ul i c s Pne u ma t i cs S e a l s ／ No． 0 4．20 1 6 保证托料块 的下沿与挡料块上 沿对齐 ， 使托料块与挡 料块的上斜面处在一个面内。全部调节完后再将裙板 手动控制到低位位置， 确保裙板位置的正确。 3 对裙板进行联动控制， 检查电磁阀信号是否正 常 ， 节流阀组 给定的流量是否合适。 4 ． 2 确保裙板 中位制动的可靠性 1 裙板液压系统是否存在泄漏 ， 对泄漏的元件进 行更换 。 2 检查裙板极 限开关位 置以及 开关 给处的信号 是否正常。若不正常对极 限开关位置进行调整。 3 在极 限开关位置正确 的情况下对各 控制 回路 节流阀进行调节 ， 达到每一段裙板 中位一致。 4 ． 3 提高调速回路的稳定性 系统中各段裙板的同步运动， 是通过对节流阀组 的流量进行调节来实现的。只要两节流阀输 出的流量 相同， 就能保证容积效率相等、 缸径结构精度均相同的 多个液压缸同步运动 。这种调速回路结构简单 ， 但同 步精度不高 ， 极易受到外负载变化的影 响， 影响到同步 运动的精度 和稳定性。 1 提高速度稳定性 的措施 假设回路处在理想状态 ， 既无泄漏、 无摩擦 ， 则该 回路的机械特性方程如下 p 一 p 2 1 【 p 1 一 l ，l1 P 2 式 中 活塞杆运动速度 ； P ． 节流阀入 口压力 ； P ， 节流阀出E l 压力 ； 液压缸无杆腔活塞有效 面积 ； 口 节流阀开 口面积 ； 与节流阀形状及液体黏性相关系数； m节流阀形状决定的指数； F液压缸 的外负载。 将 P 代 人 1 式 ， 则 得 回路 的机 械 特 性 方程 等p 广 3 对该方程偏微分得 回路刚度 7 1 P 一 4 式中 速度刚度 。 由该式可知 1 A ． 大， 则刚度大， 但会使得液压缸结构增大； 2 P ， 大 冈 0 度大 ， 但压力太高 ， 要求高 ； 3 Ⅱ 小， 刚度大， 但太小易堵塞； 4 F大 ， 刚度变小 ； 5 选 m 0 ． 5比选 1 刚度则显著增大。 可见 ， 选用 m值小的薄刃孔作为节流孔 、 减少温度 变化 、 保证油液的精密过滤 、 采用 电位差小的金属材料 都有利于提高调速的稳定性。 2 用调速阀代替节流阀 通过节流阀调节 回路 中的流量方程式如下 0C J 竺 5 ～ 。 P △ p p 一 P 6 式 中 p经节流 阀调节后进入缸 的流量 ； △ p节流阀进出 口压差 ； C ． 节流阀流量系统 ； P液流的密度。 有上式可 以看出 C 、 17 , 调节后不会 自动改变。 p 会随着压差的变化而变化 。故节流 阀控制 同步 回路 中 的同步运动往往在运行过程中， 由于难以预料的因素 使外负载变化而破坏了已调定的同步运行 ， 导致回路 的稳定性差 。如果用调速阀代替节流阀 ， 那么调速 阀 中的定差减压阀可在负载变化时始终保持节流阀前后 的压差为一个恒定值 ， 不会 因外负载 的变化而影响到 调速 的稳定性。 4 ． 4 采用 同步精度高的液压系统 虽然采取 了上述一系列措施 ， 但挂钢 、 卡钢 、 弯钢 、 跑钢等故障还是常有发生 ， 加之公 司棒材规格 的增多 以及产量的加大， 对裙板液压系统同步精度的要求逐 渐增强 。于是对裙板原 有的液压 系统进行 了改造 ， 采 用了同步精度较高的同步液压马达回路 ， 取得了较好 的效果 I 。改造后的液压系统图如图 3 所示。裙板的起 升下降由液压同步回路中8 只液压缸控制， 而保证这些 液压缸 同时动作的是 8 只同步液压马达输出相等流量 的油液给有效截 面积相 等 、 容积效率相 同的八只液压 缸， 保证同步升降。8 只同步液压马达靠轴与轴套连接 成同一转动轴， 行程端点同步误差是靠溢流阀与单向 阀组成 的补油路来 消除的。如图所示 ， 压力油液通过 液压马达送到液压缸有杆腔， 裙板从高位下降， 在此过 程中如果 某只液压缸油路超过溢流 阀所设定压力 ， 溢 流阀打开 ， 卸掉多余的油液； 如果某缸承受的负载小， 则马达通过的流量大， 转速升高， 受负载大的马达转速 慢。由于马达之间是通过轴、 轴套 、 键连接在一起的， 速度快的马达就带动速度慢的马达 ， 而慢速马达以同 5 9 液 压 气 动 与 密 - ．I“ ／20 1 6年 第 0 4期 速运动 ， 这样就造成慢 的马达产生负压 ， 此 时 ， 通过单 向阀补油 ， 保证 和其他的马达有同样 的流量 ， 实现多个 缸的同步。由于每只液压缸都有二位四通换向阀， 各 个 液压 缸 即可 以 同时 同步运 行 ， 也 可根 据需 要 各 自 运行。 图3改造后的裙板液压系统图 5 结束语 通过对裙 板发生 的故 障分析 ， 发 现造成挂 钢 、 卡 钢 、 弯钢 、 跑钢等故障的根本原凶就是多个液压缸不同 步所致 。改造前 ， 为 了保证裙板各段 的位置正确 ， 经常 _ 卜 - - - - - ● 一- -- ● 一- 卜 - 一 - 卜 - 卜 上接第 5 6 页 表 6 2 7 S i Mn 、 X YQ 4 2 0 冷拔管力学性 能对 比 3 结论 通过对 XY Q 4 2 0 冷拔管和 2 7 S i Mn 冷拔管 的力学性 能对 比研究 ， 本文得 出了如下结论 1 X Y Q 4 2 0冷拔管的综合力学性 能明显优 于 2 7 S i M n 冷拔管 ， 尤其是断后伸长率和冲击功方面 。 X Y Q 4 2 O 冷拔管既具有较高的抗拉强度， 又具有较高的 塑性韧性 。 2 X Y Q 4 2 O 冷拔管 既克 服了 2 7 S i Mn 冷拔管材 料 塑性低 的劣势 ， 又克服了 2 7 S i Mn 调质管加T效率低材 料利用率低的劣势。因此X Y Q 4 2 O 冷拔管更能满足高 强度液压缸对缸体材料的要求。 6 0 要手动调整裙板各托料块 的位置状态和调节调速阀通 过的流量来达到裙板各段丁作位置的 同步。不但数量 多 ， 距离远 ， 给调试带来很大 的麻烦 ， 一旦调节不 当， 就 会造成棒材故障率的上升 ， 生产效率受到很大的影 响。改造后， 棒材的挂钢、 卡钢、 跑钢、 弯曲等故障问题 得到根本解决。大幅度提高了生产效率， 降低了T人 的劳动强度 ， 效果显著。 参考文献 刘建， 刘勋， 李新有， 等． 棒材轧制中冷床制动裙板液压系统 特性分析[ J ] ． 机床与液压， 2 0 1 l ， 3 9 2 2 6 7 6 8 ． 郭晓松， 祁帅， 占今春， 等． 基于同等方式控制的双缸 同步液 压系统仿真【 J J ． 机床与液压， 2 0 0 9 ， 3 7 3 1 4 9 1 5 1 ． 宁辰校， 张戎社， 罗占兴， 等． 液压同步 回路及液压启闭机同 步控制研究[ J 】 ． 机床与液压， 2 0 1 3 , 4 1 1 4 6 6 6 9 ． 田秀平． 冷床裙板液压同步控S tJ [ j ] ． 冶金设备， 2 0 1 3 ， 3 5 3 4 7 5 O． 李向阳， 周恩涛， 林君哲， 等． 四缸 同步液压系统的研究『 J 1． 机 床与液压 ， 2 0 1 0 ， 3 8 5 2 8 3 0 ． 郝志杰， 张彦滨， 于建升， 等． 棒材轧机冷床裙板液压缸同步 控制阀台的改进l J 1 ． 冶金没备， 2 0 1 3 ， 3 5 2 1 4 8 1 4 9 ． 张绍九， 等． 液压同步系统 【 M] ． 北京 化学T业 版社， 2 0 1 0 ． 3 应用 X Y Q 4 2 0冷拔 管替代 2 7 S i Mn 可拓展冷拔 管在液压缸行业的应用范围， 推广应用 X Y Q 4 2 O 冷拔管 可 使 我 国液 压 缸 行业 产 品整 体 质 量 有一 个 较 大 的 提升。 参考文献 [ 1 ] 韩波． 一种 合金钢 的调质 T 艺 巾国， 2 0 1 2 1 0 1 7 2 3 4 7 ． 5 [ P 1． 2 01 2-0 9-l 9． [ 2 ] 杨道和， 张卫群． 冷拔技术在液压缸筒上的应用【 J J ． 煤矿机械， 2 0 0 7 2 8 9 1 7 8 1 8 0 ． 【 3 】 韩 波． 液压 缸 缸筒用 钢 管 调质 T 艺的改 进 l J 1 ． 钢管 ， 2 0 1 3 , 4 2 1 7 7 8 2 ． [ 4 ] 刘建荣， 刘桂花， 张重州． 液压支架立柱用冷拔管性能研究与 应用I J 1． 材料热处理技术， 2 0 1 2 ， 4 1 1 6 6 9 7 0 ． 【 5 ] 葛树才， 张英杰． 冷拔管缸筒 T艺分析l J 1 ． T程机械， 2 0 0 6 ， 3 7 1 2 5 1 - 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