夹紧缸故障分析及液压系统改进
2014-09-24侯强民袁凯时王燕妮
侯强民 袁凯时 王燕妮
摘要：本文对陕西龙门钢铁公司西安轧钢厂中精轧夹紧缸故障
原因进行了分析，提出了液压系统的改进方法，取得了很好的效果，产生了一定的经济效益和社会效益。
关键词：液压夹紧系统改进
0 引言
陕西龙钢公司西安轧钢厂生产线连轧部分有12架轧机，中轧部分6架轧机，每架轧机装配有3台夹紧缸，精轧部分6架轧机，每架轧机装配2台夹紧缸，用来对轧机进行夹紧。
夹紧缸采用碟簧预夹紧式，夹紧力依靠碟簧预压力提供。但在使用的过程中，常发生碟簧破碎现象，对生产的正常进行造成一定的影响。
本文通过对碟簧破碎原因进行分析，提出了对夹紧回路进行改进的方法，并在改进后取得了较好的效果，产生了较好的经济效益和社会效益。
1 中精轧液压系统原理
1.1 中精轧液压系统原理
西轧厂中精轧液压系统（图1），是由两台液压泵（一用一备）作为动力元件，控制元件由插装式单向阀，调压阀组成。附件由过滤器、压力表、液位计、液位发讯器、加热器、压力控制器，以及一台循环泵等组成，起到保护系统、控制油温和过滤油液等作用。执行元件由12台平移液压缸和30台夹紧缸组成，平移缸用来对轧机进行横向移动，和在换辊时推出或移进换辊小车，夹紧缸对轧机进行夹紧，使轧机在轧钢过程中固定不动。
1.2 中精轧夹紧缸结构
龙钢西轧厂夹紧缸采用碟簧预夹紧结构，如图2所示，碟簧型号为AI160*81.2*10*13.5 GB1972-80，碟簧的极限行程h0=3.5mm，工作载荷Ff=138.3kN，每台夹紧缸装配碟簧24片。活塞直径为180mm，活塞杆直径110mm。
在平时的夹紧过程中，活塞在碟簧预紧力的作用下，把活塞向前推出，使轧机处于夹紧状态；需要松开轧机时，打开液压阀，活塞在液压力的作用下，会向后移动，收回活塞杆。
1.3 中精轧夹紧缸工作方式
龙钢西轧厂中精轧夹紧缸安装在轧机底座上（图3），夹紧缸功能是在轧钢的过程中对轧机进行夹紧，使轧机不能横向移动，换槽换辊时松开轧机，利于轧机平移。
活塞杆前部斜面和轧机底部斜面接触，活塞杆在碟簧力的作用下向前推出，在斜面上产生向下的分力，使轧机和底座之间产生很大摩擦力，使轧机不能横向移动。
图 3
2 碟簧损坏原因分析
夹紧缸在使用的过程中，逐渐就会对轧机夹不紧，轧机会在轧钢的过程中发生跑偏现象，发生废钢事故，同时，用液压力收回活塞时，不能达到最大行程，甚至出现多起活塞杆不动的现象。
对事故夹紧缸拆下解体，打开夹紧缸前端盖，取出活塞，发现里面的碟簧几乎全部破碎，破碎的碟簧碎片夹杂在碟簧间隙中。为保证正常使用，根据碟簧破碎周期，每6个月就需要对碟簧更换一次。
在分析碟簧损坏原因时，我们发现，当夹紧缸活塞杆收缩时，最大收缩量为80mm，而碟簧装配数量为24片，查《机械设计手册》，该型号碟簧单片极限行程为3.5mm，则24片碟簧总行程为84mm。据此分析，碟簧在夹紧缸松开时，几乎被压平，在这种工作状态下，碟簧工作一段时间后非常容易损坏。
3 液压系统改进方法
根据夹紧缸的工作原理，保持夹紧时，依靠碟簧的预紧力，活塞杆斜面和轧机的斜面紧密接触，对轧机产生向下的力，则会在轧机和底座之间产生摩擦力，轧机依靠摩擦力的作用不能横向移动。松开轧机时，活塞杆斜面脱开轧机斜面，夹紧缸产生的摩擦力消失，轧机可以横向平移。
那么在松开时，可以不要求夹紧缸的行程达到80mm，只需脱开较小距离，就能达到松开的要求。
因此可以考虑两种方案，第一种方案是把导向杆延长，夹紧缸处于夹紧状态时，导向杆端面和夹紧缸底部的距离为一个较小值，那么当夹紧缸活塞杆收缩时，导向杆会接触到夹紧缸底部，使活塞停止运动。第二种方案是减小液压系统压力，可以使夹紧缸松开时行程减小。
在平时的检修过程中，需要把轧机从底座上移开，在夹紧缸行程没有达到80mm时，由于活塞杆的阻挡，轧机不能从底座上移开。要移开轧机只能拆掉夹紧缸，费时费力，因此第一种方案不可行。
第二种方案要求松开夹紧缸时的液压力较小，但是夹紧缸和平移缸为一个液压系统，如果系统压力过低，平移缸则不能移动轧机。解决的办法是在夹紧回路上安装一个减压阀，可以在系统压力较高时，把夹紧缸的压力降下来，这种方法简单易行。
于是西轧厂对夹紧回路进行改进，在夹紧系统回路上加装一个板式单向减压阀ZDR10DP1-40B/150M（图4），当夹紧缸活塞杆收缩时，通过减压阀减小夹紧回路的压力，使夹紧缸活塞向后运动的行程为25mm。夹紧缸夹紧时，回油会通过单向阀回到油箱。检修过程需要移开轧机时，调整减压阀，使夹紧回路压力处于最大值，则可以把轧机从底座上移开。由于这种单向减压阀为板式结构，因此可以和电磁换向阀配合安装，方便实用。
图4
4 结语
龙钢西轧厂西库抬钢机自2013年5月份改进以来，在使用过程中再未出现碟簧破损现象，夹紧缸由改进前每半年全部更换维修一次，到改造后一年来从未维修，经济效益非常明显，以每片碟簧40元价格计算，36台夹紧缸每年节约费用近7万元，同时不再因为夹紧缸打不开而影响生产，年综合创效可达10万元以上。减轻了维修工人的劳动强度，创造了较大的社会效益。
参考文献：
[1]雷天觉.新编液压工程手册[M].北京理工大学出版社，1998.
[2]徐灏.机械设计手册(第5卷)[M].机械工业出版社，1993.
[3]朱琪，杨永萍.液压传动系统的工作可靠度及故障率分析[J].机械研究与应用，2000.
[4]陆望龙.实用液压机械故障排除与修理大全[M].湖南科学技术出版社，2004.
作者简介：
侯强民（1971-），男，陕西西安人，陕西龙门钢铁有限公司西安轧钢厂，工程师，研究方向：金属压延加工。
