90mm卷板機平衡缸活塞桿斷裂分析及處理

宋宇峰

（新疆天利高新檢維修車間，新疆 獨山子 833600）

1 簡述

合作單位擁有1臺90mm×3200mm三輥數控液壓卷板機，1996年采購時，為西北地區最大卷板機。主機主要技術參數如表1。

2016年5月12日，在異地搬遷長期閑置后的首次上輥升降測試過程中，發出異常的悶響后停止操作，對上下輥滾動部位、支撐部位進行檢查，發現平衡缸活塞桿發生斷裂，見圖1。平衡缸主要技術參數如表2。

表1

表2

經外觀檢查，發現：d第一，平衡缸活塞桿與掛板的中間連接桿發生彎曲變形，旁彎約10°，平衡缸活塞桿發生側彎約25°并折斷。

第二，平衡缸缸體側面與基礎發生擠壓接觸，造成基礎局部混凝土破碎（見圖1）。

圖1 平衡缸活塞桿斷裂照片

對平衡缸拆檢后發現：第一，活塞定位半環受剪力已變形并卡在環槽中，見圖2。第二，活塞體與上缸蓋貼合無法分離。第三，平衡缸活塞桿與中間連接桿的連接螺紋遭到破壞無法旋轉。

圖2 平衡缸活塞定位環變形照片

2 故障分析

結合外部故障現象及拆檢后狀況分析，認為平衡缸活塞桿是被壓斷的。折斷原因如下。

（1）平衡缸安裝高度不當。平衡缸的安裝標高可利用底部的墊鐵組調整。中間連接桿頭部在掛板滑動槽的位置可以調節與活塞桿的螺紋旋合深度來略微調整。

圖3 平衡缸活塞桿斷裂原因分析

位置調整恰當的話，上輥即使到下死點位，掛板滑動槽頂部也不應與中間連接桿頭部及其銷軸發生接觸。

實際情況是錯誤的調整使平衡缸活塞桿直聯的中間連接桿偏高約8cm，在試車時對上輥進行下極限位測試，操作者及參與者未關注平衡缸活塞桿伸出的情況，在平衡缸活塞桿全部伸出的時候，仍強行下壓上輥。在掛板滑動槽頂部和中間連接桿頭部及其銷軸接觸產生阻力致使上輥下降速度急速降低時，認為可能是上輥油缸內泄引起的，未能引起警覺，仍繼續下壓，導致活塞桿的薄弱部位最終斷裂（圖3）。

（2）平衡缸活塞桿斷裂處有舊傷（圖4）。從斷口面看，折斷處有均勻的油浸痕跡，可以判斷是由于彎折點圓周方向有舊裂痕造成的，說明在此次試車之前也有過類似強行上拉（圖2中定位半環受剪力已變形并卡在環槽中）強行下壓現象，并造成了缸桿一定程度的損傷，但現象不明顯，外觀上無變化，未能引起重視。

圖4 活塞桿斷口照片

（3）上輥上下限位失效。上輥上升或下降至極限位置前，上下限位應適當提前動作，阻止上輥繼續向同一方向運動，以保護上輥兩側的缸體，如果位置合適，同時也能起到保護平衡缸的作用。但實際是搬遷至舊址的過程中，可能是由于磁力感應開關工作不正常，人為的將磁力感應開關接至集控PLC的限位信號進行了短接，造成上下限位失效，失去了此項保護能力。

（4）三輥卷板機遷址后，對遺留問題，如上輥壓力不顯示、液壓系統電控聯動、無限位保護等，未能持續跟蹤，給予排除。

3 解決措施

梳理清楚了故障原因，查看了各部件的損壞狀況，本著節約維修資金的目的，決定不更換平衡缸及有局部彎曲、連接螺紋無法分離的中間連接桿，采取修復部分零件、加工部分零件、利舊部分零件解決，具體如下。

圖5 新活塞桿零件圖

圖6 中間連接桿修復圖

圖7 各缸動作及行程關系配合圖

（1）對平衡缸活塞桿、固定半環、固定半環外箍進行測繪。對原工件上不合理的直角過度點進行圓弧過度。將固定半環厚度、半環固定卡槽寬度各增加2mm，增強抗剪力。因活塞桿斷頭與中間連接桿的螺紋無法旋轉，估計內螺紋已經損壞，將新活塞桿的外螺紋由M100×2改為非標的M104×2。采用現有材料直徑120mm，材質42CrMo的圓鋼按圖加工。歷經粗車、調質、精車、精磨等工序終成，見圖5。

（2）用300t油壓機、氣焊加熱對中間連接桿的旁彎處進行熱校正，使中間連接桿的直線度偏差小于1mm（圖5）。

（3）用水平鏜床將無法旋轉的平衡缸活塞桿斷頭從中間連接桿的內螺紋中車削掉（圖6）。

（4）中間連接桿的內絲螺紋100×2已經有約25mm損壞，繼續使用原螺紋，會對拉力有所減弱。只能按新活塞桿的外螺紋尺寸配做。中間連接桿上端為方形半圓頭，尺寸過大，無法穿進普通車床主軸孔中，半圓頭的結構無法使用三爪或四爪卡盤直接卡住該工件。為能使該工件上普通車床進行修復，在半圓頭部位焊接臨時固定點，用四爪卡盤卡緊后找正，在內螺紋的外側圓柱形部位使用中心架再固定，將原螺紋改制為非標M104×2。

（5）對掛板上部與中間連接桿頭部的不貼合部位進行修磨，使兩者即使接觸也不會出現卡住問題。

（6）更換平衡缸所有密封件，缸體利舊，重新裝配。

（7）恢復調整上輥限位開關，摘除PLC位置信號的短接線。

（8）由于平衡缸活塞桿伸出為空載工況，正常系統壓力即可滿足需要，超過系統壓力一定產生受壓或內部故障。在該油路增加壓力繼電器，利用壓力繼電器的常閉觸點串聯進上輥下行按鈕回路，起到超設定壓力后切斷上輥下行動作，壓力恢復正常值后方可繼續下行的功能。

（9）對平衡缸安裝標高重新調整，按照上輥最大行程400mm（未裝限位開關的情況下），掛板的滑動槽有效行程500mm，寬度85mm，中間連接桿頭部的銷軸直徑80mm，平衡缸行程150mm的實際尺寸。平衡缸標高調整時以主機標高為基準，將上輥開至上極限位，平衡缸平衡桿全出，中間連接桿頭部的銷軸與掛板滑動槽底部留5mm～8mm間隙，達到上輥無論在任何位置，掛板滑動槽頂部與中間連接桿頭部的銷軸始終有間隙的目的（見圖7）。

4 結語

通過空負荷試車及卷制60mm鋼板，直徑3.5m整圓工件，卷板機正常工作，證明平衡缸完全恢復了功能，此次檢修改造取得圓滿成功。