降低H型钢轧机液压压下系统故障

宋端阳

（首钢长治钢铁有限公司轧钢厂， 山西 长治 046031）

1 液压压下系统存在问题

首钢长治钢铁有限公司轧钢厂（全文简称长钢）H型钢生产线精轧机组轧辊辊缝调整采用液压压下进行自动控制，设备简图如图1所示。

精轧机组执行元件压下缸的驱动采用三通阀—不对称缸控制模式，压下缸活塞杆腔通的恒定低压压力由三通减压阀控制，工作范围4～6 MPa。压下缸液压原理图如图2所示。压下缸活塞杆腔压力由压力传感器读取，并传输给电控TCS系统。生产中经常发生压下缸活塞杆腔压力波动超出设定范围，致使电控TCS系统报警停车。

压下缸采用位置闭环控制系统，从原理图中可以看出，活塞杆腔压力的波动将造成活塞腔压力（轧制力）的波动。活塞杆腔压力过大，使活塞腔的轧制力增大。当活塞杆腔压力超过8 MPa时，为保证压下缸位置，轧制力将达到一定数值，即使没有钢坯在轧制，电控程序依然默认为精轧机组内有坯料在轧制，致使电控程序控制精轧机组错误动作。活塞杆腔压力过低将导致压下缸规定时间内无法回退到位，使精轧机组报错停机。同时精轧机组每次在更换轧辊辊系后需要校准才能生产，即液压AGC中对轧机弹跳进行补偿。生产中压下缸活塞杆腔压力出现波动将造成计算的轧机弹跳补偿值（弹簧—力）失真，使实际控制辊缝出现偏差。

2 故障原因分析

控制压下缸活塞杆腔压力的三通减压阀使用某国外品牌产品，其结构图如下页图3所示。从图3中（圆圈标识位置）可以看出三通减压阀内有2个阻尼孔，直径约0.2 mm，三通减压阀出口压力异常波动主要为阻尼孔堵塞所致。现场对更换下来的三通减压阀进行拆解，查找污染物来源，发现污染物不是从液压泵方向（P至A）传过去的，而是由执行元件（液压缸）内部磨损损坏产生的，即三通减压阀流向中A至T产生的。

从精轧机组液压控制原理图中发现，通过三通减压阀的压力油同时传输给了压下缸的活塞杆腔和平衡缸的活塞杆腔（平衡缸液压原理图如下页图4所示）。平衡缸活塞杆腔恒通低压，活塞腔恒通系统压力（30 MPa）。平衡缸的作用为支撑上轧辊辊系，消除上轧辊辊系自重，使上轧辊轴承座紧贴压下缸。平衡缸活塞杆腔通恒定低压的目的为防止活塞杆腔空吸并吸入水和粉尘，换辊时用于放下上轧辊。

图4 平衡缸液压原理图

检查精轧机组在线液压缸的使用寿命统计记录发现，轧机压下缸的使用寿命至少为一年以上，而平衡缸的使用寿命平均仅为2—3个月。从上述分析、检查可以发现提高执行元件（平衡缸）的使用寿命将可有效降低污染源的产生，减少三通减压阀阻尼孔堵塞的发生。

3 改进方案

H型钢精轧机组原使用的平衡缸为进口件，为降低成本进行了国产化，但使用寿命也相应降低。现场更换下线的平衡缸活塞杆（如图5），活塞杆上有大量麻坑、镀铬层有“起皮”现象平衡缸工作在重载、水淋、高粉尘的恶劣环境下。活塞杆上大量麻坑以及“起皮”主要有两种原因：一种为基材内部应力造成的，一种为外部水气进入腐蚀基材造成的。从平衡缸使用寿命以及损坏原因看，平衡缸的国产化制作工艺存在缺陷需重新改进，同时使用工作环境需要改善。

3.1 活塞杆强度校核和热处理改进

平衡缸垂直安装，支撑件形变承受弯曲力矩，l/d＜10，对活塞杆强度进行校核（平衡缸Φ60/45-175）[1]。

图5 更换下线的平衡缸活塞杆

得：F=78.6 kN

式中：P1为液压系统最大工作压力；P2为经减压后的活塞杆腔压力；D为活塞直径；d为活塞杆直径；F为作用在活塞杆上的力；σ为活塞杆应力。

原活塞杆材质为42Crmo调质，

n=σS/σ=16，满足强度要求。

热处理方面增加表面高频淬火提高耐磨性以及和镀铬层的结合力，淬透深度2 mm，HRC≥45。对活塞杆进行精磨提高与铬离子的亲合力以及消应，抛光光洁度Ra≤0.3。

3.2 平衡缸结构形式的改进

原活塞杆腔因工作压力低，密封采用单YX型密封圈，改进为斯特封加YX圈的组合密封形式。

防尘圈由聚胺脂材质的J型防尘圈改为Z5型防尘圈，该防尘圈由四氟圈和橡胶O型圈组成，在多粉尘的作业环境下可有效提高抗磨、除尘能力。

为提高平衡缸工作稳定性以及减少内泄漏的可能，将活塞与活塞杆改为一体式。

3.3 活塞杆镀铬工艺改进

活塞杆原采用的镀硬铬工艺，单边镀铬层厚度为30 μm，由于镀铬层针孔的存在，在水淋、多粉尘的环境下防腐能力差。改进为镀双层铬（先镀乳白铬，后镀硬铬）工艺，即先镀0.04～0.05 mm的乳白铬，再镀0.04～0.05 mm的硬铬，单边镀层厚度为0.08～0.10 mm，HV为 950±30，要求镀前对基材消应，镀后3 h去氢，抛光光洁度Ra≤0.3。

3.4 外部工作环境的改善

在热轧轧制时不可避免要产生大量的氧化渣，由于平衡缸垂直安装，大量氧化渣堆积在平衡缸活塞杆周围加速了活塞杆的腐蚀以及磨损。从轧机冲淋冷却水管上引出专用的冲渣水用以去除平衡缸活塞杆周围的氧化渣，有效改善平衡缸工作环境。

4 结语

通过对平衡缸制作技术要求的改进以及工作环境的改善，平衡缸寿命提高了2.5倍，三通减压阀因污染物堵塞、卡阻造成的输出压力超设定范围故障得到有效控制。后又摸索出平衡缸的使用周期，采取定换措施。对压下缸增加防尘罩延长压下缸使用寿命等措施后，后期未再发生因三通减压阀输出压力超设定范围造成的轧机液压压下故障。