UOE機組預(yù)彎邊機夾緊梁快速油缸故障分析及處理

黃 杰，徐根濤

（寶山鋼鐵股份有限公司 鋼管事業(yè)部，上海201900）

UOE機組預(yù)彎邊機夾緊梁快速油缸故障分析及處理

黃 杰，徐根濤

（寶山鋼鐵股份有限公司 鋼管事業(yè)部，上海201900）

為了提高設(shè)備維護(hù)人員的故障判斷及處理的技術(shù)水平，減少故障處理時間，針對UOE機組預(yù)彎邊機快速油缸密封壓蓋螺栓斷裂故障，通過MAC8在線記錄的相關(guān)壓力及位置曲線，分析計算了油缸密封壓蓋的受力情況，并對故障油缸解體分析。結(jié)果表明，活塞桿的偏磨導(dǎo)致油缸上升過程中活塞桿和導(dǎo)向套咬死，活塞桿壓蓋承受下腔全部液壓力，是導(dǎo)致壓蓋螺栓斷裂的主要原因。指出，完善油缸更換操作流程，可有效減少故障處理時間。

UOE；預(yù)彎邊機；油缸；MAC8；螺栓斷裂

Abstract:In order to improve the technical level of equipment maintenance personnel fault judgment and treatment,reduce the fault processing time,in view of UOE unit pre-bending machine rapid oil cylinder seal gland bolts fracture failure,by related pressure and position curve of online record MAC8,the force condition of oil cylinder seal gland was analyzed and calculated,and the failure oil cylinder was disintegrated and analyzed.The results indicated that the deflection of the piston rod caused the piston rod and the guide sleeve to die during the uplift of oil cylinder;the piston rod gland bore all pressure of the lower cavity,which was the main reason for gland bolts fracture.It pointed that it should improve oil cylinder replacement operation flow,so as to reduce the failure processing time.

Key words:UOE;pre-bending machine;oil cylinder;MAC8;bolts fracture

1 概 述

UOE是目前國際上廣泛采用的大直徑直縫埋弧焊管成型工藝[1-4]，其中，預(yù)彎邊機（C成型機）是必不可少的設(shè)備，設(shè)置在銑邊機和U成型機之間，用于消除管筒直邊段，確保得到橫斷面為正圓形的管坯，降低后續(xù)O成型力，改善O成型過程中板邊與模具的接觸狀態(tài)[5-8]。UOE預(yù)彎邊機左右兩側(cè)各有一組夾緊梁裝置，用于夾住鋼板，為彎邊做準(zhǔn)備。單側(cè)夾緊梁由入口和出口2個快速油缸和中間3個主油缸共同控制，如圖1所示。圖1中快速油缸為活塞缸，缸徑280 mm，桿徑200 mm，行程120 mm；主油缸為柱塞缸，缸徑280 mm，行程120 mm。主油缸在夾緊快速油缸升到一定位置后開始加壓，共同施加作用力到夾緊梁上，從而使待彎邊的鋼板一直處于完全夾緊狀態(tài)。夾緊梁出、入口各有一個磁尺，油缸均由比例換向閥控制動作，當(dāng)夾緊梁出、入口磁尺數(shù)值偏差超過±1.5 mm時，預(yù)彎邊機停止所有動作并報警。

圖1 預(yù)彎邊機夾緊梁結(jié)構(gòu)示意圖

2016年6月16日，寶山鋼鐵股份有限公司預(yù)彎邊機液壓系統(tǒng)主泵跳泵，右側(cè)夾緊梁入口快速油缸活塞桿壓蓋螺栓全部斷裂，壓蓋及活塞桿組合密封圈、密封壓環(huán)等全部被打出，大量液壓油泄漏，出、入口磁尺數(shù)值偏差超過1.5 mm，預(yù)彎邊機報警停機。損壞油缸現(xiàn)場照片如圖2所示。

圖2 預(yù)彎邊機夾緊梁損壞油缸現(xiàn)場照片

2 故障原因分析

2.1 MAC8曲線分析

圖3 故障發(fā)生時在線MAC8時序圖

圖3為故障發(fā)生時在線MAC8記錄的時序圖。該曲線詳細(xì)記錄了凌晨1∶35～1∶36時間段右側(cè)夾緊梁入口快速油缸兩腔的壓力以及彎邊梁和夾緊梁的位置。從圖3可以看出，彎邊后彎邊梁、夾緊梁從最高位下落時，夾緊梁沒有任何動作，而夾緊油缸有桿腔的壓力始終無法建立起來，最后系統(tǒng)跳泵停機后壓力趨于0。一般來說，12 m左右的鋼板彎邊，自動狀態(tài)下需要3步，而波形圖顯示第一步彎邊過程已結(jié)束，說明此時該油缸的狀態(tài)正常；而第二步夾緊梁上升時，快速油缸有個差動的過程，此時右側(cè)夾緊梁入口活塞缸無桿腔和有桿腔壓力都比較大，達(dá)到系統(tǒng)的最大壓力31.5 MPa（根據(jù)圖中電壓信號換算得到，換算比例1 V=2.5 MPa），說明此時該油缸也是正常的，差動過程結(jié)束后，油缸微動上升約3～5 mm，此時有桿腔是應(yīng)該沒有壓力的。但可以肯定的是，該油缸損壞是在油缸上升過程中發(fā)生的，且此時該油缸的上法蘭蓋螺栓已全部斷裂，密封壓蓋已被沖出。

2.2 油缸結(jié)構(gòu)受力分析

圖4為夾緊快速油缸結(jié)構(gòu)示意圖，油缸為雙作用活塞缸，缸筒和下法蘭為一體，上法蘭中有活塞桿導(dǎo)向套、全套組合密封、活塞桿密封、密封壓蓋等。其中，缸蓋靠外圈螺栓連接在缸筒上，密封壓蓋則由8條M16、10.9級的高強螺栓固定在缸蓋上。因此，上腔壓力主要作用在缸蓋上，而密封壓蓋只承受來自活塞桿導(dǎo)向套的力。以系統(tǒng)最高壓力31.5 MPa為例，密封壓蓋承受的最大力

式中：pmax—系統(tǒng)最大壓力，31.5 MPa；

圖4 夾緊快速油缸結(jié)構(gòu)示意圖

D1—活塞桿導(dǎo)向套外徑，225 mm；D0—活塞桿外徑，200 mm。

依據(jù)機械設(shè)計手冊，每條M16、10.9級的密封壓蓋螺栓可承受16.3 t的軸向拉力[9]，則8條螺栓完好的情況下可承受130.4 t的拉力，密封壓蓋的螺栓完全滿足設(shè)計要求。而實際的波形圖上，有桿腔的壓力最大為29.5 MPa（對應(yīng)11.8 V），在螺栓完好的情況下，完全不足以將螺栓拉斷。因此，油缸壓蓋螺栓全部斷裂的原因有以下兩種：

（1）油缸故障前部分螺栓已斷裂。從現(xiàn)場情況來看，螺栓全部為根部斷裂，斷面一致，斷口顏色嶄新，應(yīng)是同時被拉斷。因此，螺栓斷裂導(dǎo)致油缸故障的可能性不大。

（2）活塞桿導(dǎo)向套和活塞桿咬死。當(dāng)油缸上升時，活塞、活塞桿和活塞桿導(dǎo)向套形成統(tǒng)一體，此時無桿腔對活塞的力通過導(dǎo)向套直接作用在密封壓蓋上，造成8條螺栓同時斷裂。

此時，無桿腔壓力為27.5 MPa（對應(yīng)11 V），產(chǎn)生的力

式中：p—無桿腔壓力，28.88 MPa；

D—活塞內(nèi)徑，280 mm。

在8條螺栓全部完好的情況下，活塞承受的力已超過允許最大拉力的29.7%，必然導(dǎo)致螺栓短時間內(nèi)全部斷裂[10]。通過對油缸解體后發(fā)現(xiàn)，活塞桿導(dǎo)向套有偏磨印跡，也驗證了以上分析的合理性。

3 結(jié)束語

結(jié)合MAC8記錄的時序圖及油缸結(jié)構(gòu)分析，認(rèn)為油缸上升過程中活塞桿和導(dǎo)向套咬死，活塞桿壓蓋承受下腔全部液壓力，是壓蓋螺栓斷裂的主要原因。通過對此次故障的分析和處理，總結(jié)了經(jīng)驗，即平時應(yīng)提高設(shè)備維護(hù)人員的故障判斷及處理的水平，完善油缸更換操作流程，從而減少故障處理時間。

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[10]劉鴻文.材料力學(xué)[M].北京:高等教育出版社，1999.

編輯：李 超

Analysis and Treatment for Rapid Oil Cylinder Failure of UOE Unit Pre-bending Machine Clamping Beam

HUANG Jie,XU Gentao
（Steel Tube and Bar Business Unit of Baoshan Iron&Steel Co.,Ltd.,Shanghai 201900,China）

TG334.9

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2017.08.012

黃 杰（1986—），男，工學(xué)碩士，主要從事UOE焊管液壓設(shè)備維護(hù)管理工作。

2017-03-15