李小猛

（新疆八一鋼鐵股份有限公司）

1 前言

八鋼中厚板廠(chǎng)于2009年正式投產(chǎn)，當(dāng)時(shí)單機(jī)架生產(chǎn)，主要生產(chǎn)噸位較小的鋼種，一般約為3t。2011年工藝人員開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，其中有不少5t以上的鋼種，此時(shí)抬升缸在抬升過(guò)程中顯得吃力。設(shè)備方重新計(jì)算，發(fā)現(xiàn)1#液壓站系統(tǒng)壓力不足，于是將液壓站系統(tǒng)壓力由16MPa提高到18.5MPa，未超過(guò)設(shè)計(jì)壓力19MPa，屬于正常調(diào)節(jié)，然而運(yùn)行不到半年，多次出現(xiàn)抬升缸耳軸及缸頭斷裂事故。每次事故出現(xiàn)時(shí)，只能選擇換缸，由于現(xiàn)場(chǎng)安裝困難，處理時(shí)間約6h，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。

2 現(xiàn)場(chǎng)分析

通過(guò)初步分析認(rèn)為此種事故發(fā)生原因?qū)儆谔锥S、缸頭直徑?jīng)]有在系統(tǒng)壓力提高后做相應(yīng)的增大。1號(hào)液壓缸抬升數(shù)工作原理見(jiàn)圖1。

圖1 1號(hào)液壓站抬升缸工作示意圖

（1）液壓缸缸頭及耳軸的材質(zhì)強(qiáng)度的影響。

原缸頭銷(xiāo)軸是45鋼，其強(qiáng)度約為δb=600～850 MPa。新銷(xiāo)軸運(yùn)行不到一個(gè)月，就會(huì)發(fā)現(xiàn)銷(xiāo)軸表面被磨出凹坑，甚至出現(xiàn)堵死油口的現(xiàn)象，油口堵死，必然造成潤(rùn)滑不良，從而加快缸頭銷(xiāo)軸的磨損。另外銷(xiāo)軸外銅套材質(zhì)為ZQAL9-4，其力學(xué)性能：抗拉強(qiáng)度σb≥540 MPa，屈服強(qiáng)度σ≥200MPa，伸長(zhǎng)率σ5≥15%，硬度約為HB200，稍低，每次拆除之后可發(fā)現(xiàn)不少銅沫。

原液壓缸耳軸和缸頭銷(xiāo)軸材質(zhì)均用45鋼，使用中出現(xiàn)相同的問(wèn)題，磨損堵住油口潤(rùn)滑不良，另外耳軸處屬于硬連接，沖擊力比缸頭銷(xiāo)軸大的多，它承載所有的載荷，所以對(duì)耳軸的強(qiáng)度要求更高，此處材質(zhì)必須增強(qiáng)。要選強(qiáng)度、硬度、剛度、抗沖擊性、疲勞強(qiáng)度、耐磨性均要高的合金鋼，而且要鍛造加工及確保合適的熱處理硬度。

（2）缸本體不帶偏差檢測(cè)保護(hù)裝置。

就1#出鋼機(jī)進(jìn)行分析，抬升裝置分為左右抬升裝置，左右裝置各由一個(gè)抬升液壓缸驅(qū)動(dòng)，出料桿由后端減速機(jī)、中間抬升裝置行走輪確定其行走的路徑，出料桿前頭是1#、2#爐出爐輥道，桿走在輥道間隙里，由于摩擦副較多，出料桿經(jīng)?？ㄗ?。造成高低偏差；當(dāng)出料桿前端的限位開(kāi)關(guān)松動(dòng)時(shí)也會(huì)導(dǎo)致出料桿高低偏差，當(dāng)出料桿偏差過(guò)大時(shí)，左右抬升裝置抬升高度也產(chǎn)生過(guò)大偏差，一旦偏差超過(guò)離合器間隙，則會(huì)產(chǎn)生液壓缸行程的偏差，此時(shí)行程大的液壓缸所承擔(dān)的力超過(guò)正常工作時(shí)的力，正常工作時(shí)每個(gè)缸支撐一根出料桿和半個(gè)鋼坯，此時(shí)每個(gè)缸承載明顯加大，嚴(yán)重時(shí)最大承載是兩個(gè)出料桿和整個(gè)鋼坯，這時(shí)對(duì)液壓缸的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是很大的考驗(yàn)。然而現(xiàn)場(chǎng)這個(gè)缸不帶位移傳感器，無(wú)法檢測(cè)到液壓缸的行程，很容易產(chǎn)生缸體某個(gè)部位斷裂或者裂紋、彎曲等事故。

3 優(yōu)化措施

3.1 壓力提升后調(diào)整液壓缸耳軸和缸頭直徑

原耳軸直徑為100mm,原缸頭螺紋直徑為M100，原系統(tǒng)壓力16MPa，后提高到18.5MPa。

對(duì)液壓缸缸桿受力分析如圖2所示，Ps=F1[2];對(duì)液壓缸整體受力分析，F(xiàn)1=2F2；F2/s1=P1。

由以上而知，要使調(diào)整壓力前后耳軸的剪切應(yīng)力安全系數(shù)不變，那么耳軸面積要隨系統(tǒng)壓力而變，而且成正比。即：調(diào)壓后面積與調(diào)壓前面積比為18.5/16；直徑比為1.08。所以耳軸直徑應(yīng)至少增加到108mm。

圖2 受力分析圖

因現(xiàn)場(chǎng)位置所限，為了減少不必要的基座改動(dòng)，所以選取耳軸直徑增大到120mm。

對(duì)于缸頭螺紋直徑計(jì)算同上，選取缸頭螺紋直徑增大到M120mm。具體參見(jiàn)圖3。

圖3 缸頭尺寸改進(jìn)圖

經(jīng)過(guò)以上改造，抬升缸耳軸和缸頭螺紋直徑安全系數(shù)等同于改造之前的數(shù)值，可以滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)使用。

3.2 液壓缸缸頭及耳軸的材質(zhì)改動(dòng)以改進(jìn)

缸頭銷(xiāo)軸由45鋼改成35CrMo,其抗拉強(qiáng)度σb≥985 MPa，比45鋼高出至少100 MPa，提高了耐磨性和強(qiáng)度，銷(xiāo)軸外銅套由ZQAL9-4改成滲硅銅套ZCuZn26Al4Fe3Mn3[1]。其力學(xué)性能：抗拉強(qiáng)度σb≥600MPa，屈服強(qiáng)度σ≥300MPa，伸長(zhǎng)率δ5≥18%，硬度約為HB320，耐磨性和強(qiáng)度都比ZQAL9-4高。經(jīng)過(guò)以上改造降低了缸頭銷(xiāo)軸的磨損，潤(rùn)滑狀況得到改善。

原液壓缸耳軸用45鋼，使用中出現(xiàn)磨損異常、潤(rùn)滑不良等問(wèn)題，沖擊較大。經(jīng)過(guò)研究論證，將其材質(zhì)改成42CrMo，鍛造加工，粗加工后熱處理HB250～280，經(jīng)過(guò)改造，可以滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)使用的強(qiáng)度、硬度、剛度、抗沖擊性、疲勞強(qiáng)度及耐磨性。以前45鋼強(qiáng)度約為σb=600～850MPa.現(xiàn)在42CrMo強(qiáng)度為σb＝1080MPa，強(qiáng)度明顯提高。綜合機(jī)械性能也有所提升。提高了抗剪能力。耳軸不僅材質(zhì)改進(jìn)，而且耳軸環(huán)架也由六邊改成了十二邊，減少了應(yīng)力集中，如圖4所示。

圖4 環(huán)架邊數(shù)改動(dòng)示意圖

3.3 缸本體增設(shè)位移傳感器

在缸的本體增設(shè)位移傳感器，安裝在缸頭一邊，當(dāng)出料桿受到各種外來(lái)干擾而產(chǎn)生高低不同時(shí)，液壓缸不會(huì)因?yàn)槌隽蠗U抬升位置的信號(hào)檢測(cè)不到而偏差太大。因?yàn)橐簤焊撞恢皇芟尬婚_(kāi)關(guān)信號(hào)控制，還受缸的位移傳感器來(lái)控制。一般正常工作時(shí)傳感器設(shè)置偏差不會(huì)超過(guò)5mm,如果偏差15mm就會(huì)對(duì)液壓缸造成很大的沖擊，所以位移傳感器保護(hù)信號(hào)數(shù)值設(shè)定為10mm,一旦偏差超過(guò)10mm，說(shuō)明出料桿或者出料桿行程開(kāi)關(guān)出現(xiàn)問(wèn)題，于是液壓缸就會(huì)停止繼續(xù)上升，避免兩缸上升偏差過(guò)大而造成單缸承載、抬升缸耳軸或缸頭螺紋結(jié)構(gòu)斷裂。

4 效果

這些措施在2012年1月實(shí)施后，運(yùn)行以來(lái)出料約一半都在5t以上，運(yùn)行一直非常平穩(wěn)，不曾發(fā)生任何抬升缸結(jié)構(gòu)斷裂事故及裂紋隱患等事故，保證了中厚板生產(chǎn)的順行。

[1]蔡春源.機(jī)電液設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，-沈陽(yáng)：東北大學(xué)出版社，1997.1.

[2]沙寶森.液壓氣動(dòng)密封工程手冊(cè).北京：艾志工業(yè)技術(shù)集團(tuán)公司，2007版.