闸式剪板机液压缸故障分析与改造

闸式剪板机液压缸故障分析与改造

摘要：通过对开卷矫平线闸式剪板机液压缸故障现象进行分析，找出故障原因，并进行改造，为剪板机设计、运行提供参考意见，防止闸式剪板机设计中同类问题重复发生，保证设备稳定运行。

关键词：闸式剪板机；液压缸；故障分析；改造

0引言

某公司专为开卷矫平线生产的闸式剪板机，在使用过程中，发现液压缸Ⅱ出现缸筒鼓胀，严重影响开卷矫平线的生产，因此分析液压缸的故障原因，并进行改造，防止闸式剪板机在设计、运行中同类问题重复发生，如果发生同类故障能够及时处理提供参考，降低设备故障率，减少备件、材料的投入，有助于钢铁企业降本增效，减少环境污染，保证液压系统设备正常运行，为开卷矫平线稳定生产提供保障。

闸式剪板机设备及参数

闸式剪板机的主要结构及特点

闸式剪板机主要由机架、上刀架、液压系统、压料装置、刀片间隙调整机构及板尾夹送部分等组成。机架和上刀架采用钢板组合整体焊接结构，经去应力退火后，整体一次性加工而成，尺寸稳定，刚性好；全液压传动，效率高。采用串联式液压缸同步系统，具有较强的抗偏载能力，使设备受力均匀，通过调节串联液压缸之间的油量，可以方便地调节剪切角。

1.2闸式剪板机液压系统图及参数

1）闸式剪板机液压系统如图1

图1液压系统原理图

2）闸式剪板机液压系统参数

液压缸Ⅰ型号：C25TF-400/240-240，REXROTH标准；液压缸Ⅱ型号：C25TF-320/220-240，REXROTH标准；电磁铁动作表见表1。

表1电磁铁动作表

+

1.2闸式剪板机的调整及参数

1）闸式剪板机的调整

机器通电后，先启动液压泵空转，正常运行后，给串联油管充油并排气，然后刀架回程至上止点，来回几个行程，在液压缸Ⅱ的上腔排气，确定上刀架的剪切角（不同剪切角剪切板的厚度不同）不变化后，关闭Q1，由操作面板上的按钮或线上的定长信号控制，使刀架前倾状态下直线下行剪切板料。剪切完成后，由行程开关控制返程。

2）闸式剪板机的参数

液压缸故障现象及原因

1）液压缸故障现象

闸式剪板机在使用一段时间后，点检过程中发现在刀架返程过程中液压缸Ⅱ侧下落，手动操作阀台控制液压缸Ⅱ，刀架无动作，初步判定液压缸内泄，决定拆缸检查。拆开后发现液压缸密封件、导向带及格来圈损坏，拆出缸杆，检查缸体内壁，缸筒有鼓胀现象，液压缸鼓胀位置内壁单侧低点低于设计值1.5mm。

2）液压缸故障原因

初步判断液压缸故障原因是在剪板过程中压力大于设计压力，液压缸Ⅰ、Ⅱ受力分析见图2，刀架受力分析见图3。

图2液压缸受力分析

图3刀架受力分析

根据图2受力分析，可得液压缸Ⅰ力平衡方程：

F11=F12+F13（1）

根据图2受力分析，可得液压缸Ⅱ力平衡方程：

F21=F22+F23（2）

根据图3受力分析，可得刀架力平衡方程：

F=F12′+F22′ （3）

力平衡方程（1）、（2）、（3）中，F12为液压缸Ⅰ受到刀架的作用力，与F12′是作用力和反作用力；F22为液压缸Ⅱ受到刀架的作用力，与F22′是作用力和反作用力；F为刀架每个瞬间剪切力的反作用力；由于液压缸Ⅰ的有杆腔面积与液压缸Ⅱ的无杆腔面积相等，在不考虑压力损失的情况下，F13与F21相等。在剪切瞬间极限情况下F12等于0，根据式（2）可得：

F11= F13（4）

式中：F11=p1A1，p1为系统工作压力，A1为液压缸Ⅰ无杆腔面积；F13= p2A2，p2为液压缸Ⅰ有杆腔瞬间压力，A2为液压缸Ⅰ有杆腔面积。

p2=37.5MPa

液压缸是按照REXROTH标准工作压力25MPa等级设计的，由计算结果可以看出液压缸设计压力远低于最大工作压力，液压缸Ⅱ壁厚（37mm）小于液压缸Ⅰ壁厚（45mm），并且使用中工作压力多次大于设计压力，造成液压缸Ⅱ缸筒鼓胀。

3液压缸改造方案

选定二个方案：第一，在液压缸Ⅰ、Ⅱ的联通管与Q1之间增加一个35MPa 的安全阀，液压缸按照35MPa等级设计；第二，液压缸按照37.5MPa等级设计。如果按照方案一会造成某些钢种的板型无法剪断，因此选定方案二，液压缸Ⅰ、Ⅱ均按照工作压力37.5MPa等级设计，防止只改造液压缸Ⅱ造成液压缸Ⅰ缸筒鼓胀,并且为保证与机械设备连接尺寸，要求不改变液压缸外形尺寸。

液压缸缸筒选无缝管45#钢或27SiMn，当0.08≤δ/D≤0.3时，缸筒按照中等壁厚计算：

δ=δ0+c1+c2 （5）

δ0≥ （6）

式中：δ0为缸筒材料要求的最小值，mm；c1为缸筒外径公差余量，mm；c2为腐蚀余量，mm；pmax为缸筒内最高工作压力，MPa；σp=σb/n，45#钢的σb 取600MPa，27SiMn的σb取1000MPa，n=3.5~5，n取4；D为缸筒内径，mm。

根据式（5）、（6）可计算出45#钢或27SiMn在压力25 MPa和37.5 MPa下的液压缸缸筒壁厚，具体结果见表2：

表2不同压力和材质液压缸缸筒壁厚

根据表2计算结果，液压缸Ⅰ、Ⅱ在压力37.5MPa时，继续使用45#钢造成液压缸外形尺寸改变，选用27SiMn可以不改变液压缸缸筒壁厚，因此不改变液压缸外形尺寸的前提下达到使用条件，防止液压缸外形尺寸改变造成机械设备的相应改变。

4结论

1）虽然系统工作压力是24MPa,但是在串联缸液压系统，液压缸有杆腔压力可能大于无杆腔压力，要按照缸筒内最大工作压力计算壁厚及液压缸相关参数。

2）液压缸最大工作压力增大，如果不增大液压缸尺寸，可以选用高抗拉强度的材料。

3）液压缸改造完成后，没有出现液压缸鼓胀现象和其它问题，设备运行稳定，达到了预期效果。

参考文献：

[1]成大先.机械设计手册（第5卷）[M].北京：化学工业出版社，2008.

[2]Rexroth Bosch Group.工业用液压元件[Z].德国：Rexroth Bosch Group，2007.

[3]林建亚，何存兴.液压元件[M]. 北京：机械工业出版社，1998.

作者信息