UOE机组预弯边机夹紧梁快速油缸故障分析及处理

黄 杰，徐根涛

（宝山钢铁股份有限公司 钢管事业部，上海201900）

UOE机组预弯边机夹紧梁快速油缸故障分析及处理

黄 杰，徐根涛

（宝山钢铁股份有限公司 钢管事业部，上海201900）

为了提高设备维护人员的故障判断及处理的技术水平，减少故障处理时间，针对UOE机组预弯边机快速油缸密封压盖螺栓断裂故障，通过MAC8在线记录的相关压力及位置曲线，分析计算了油缸密封压盖的受力情况，并对故障油缸解体分析。结果表明，活塞杆的偏磨导致油缸上升过程中活塞杆和导向套咬死，活塞杆压盖承受下腔全部液压力，是导致压盖螺栓断裂的主要原因。指出，完善油缸更换操作流程，可有效减少故障处理时间。

UOE；预弯边机；油缸；MAC8；螺栓断裂

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是目前国际上广泛采用的大直径直缝埋弧焊管成型工艺[1-4]，其中，预弯边机（C成型机）是必不可少的设备，设置在铣边机和U成型机之间，用于消除管筒直边段，确保得到横断面为正圆形的管坯，降低后续O成型力，改善O成型过程中板边与模具的接触状态[5-8]。UOE预弯边机左右两侧各有一组夹紧梁装置，用于夹住钢板，为弯边做准备。单侧夹紧梁由入口和出口2个快速油缸和中间3个主油缸共同控制，如图1所示。图1中快速油缸为活塞缸，缸径280 mm，杆径200 mm，行程120 mm；主油缸为柱塞缸，缸径280 mm，行程120 mm。主油缸在夹紧快速油缸升到一定位置后开始加压，共同施加作用力到夹紧梁上，从而使待弯边的钢板一直处于完全夹紧状态。夹紧梁出、入口各有一个磁尺，油缸均由比例换向阀控制动作，当夹紧梁出、入口磁尺数值偏差超过±1.5 mm时，预弯边机停止所有动作并报警。

图1 预弯边机夹紧梁结构示意图

2016年6月16日，宝山钢铁股份有限公司预弯边机液压系统主泵跳泵，右侧夹紧梁入口快速油缸活塞杆压盖螺栓全部断裂，压盖及活塞杆组合密封圈、密封压环等全部被打出，大量液压油泄漏，出、入口磁尺数值偏差超过1.5 mm，预弯边机报警停机。损坏油缸现场照片如图2所示。

图2 预弯边机夹紧梁损坏油缸现场照片

2 故障原因分析

2.1 MAC8曲线分析

图3 故障发生时在线MAC8时序图

图3为故障发生时在线MAC8记录的时序图。该曲线详细记录了凌晨1∶35～1∶36时间段右侧夹紧梁入口快速油缸两腔的压力以及弯边梁和夹紧梁的位置。从图3可以看出，弯边后弯边梁、夹紧梁从最高位下落时，夹紧梁没有任何动作，而夹紧油缸有杆腔的压力始终无法建立起来，最后系统跳泵停机后压力趋于0。一般来说，12 m左右的钢板弯边，自动状态下需要3步，而波形图显示第一步弯边过程已结束，说明此时该油缸的状态正常；而第二步夹紧梁上升时，快速油缸有个差动的过程，此时右侧夹紧梁入口活塞缸无杆腔和有杆腔压力都比较大，达到系统的最大压力31.5 MPa（根据图中电压信号换算得到，换算比例1 V=2.5 MPa），说明此时该油缸也是正常的，差动过程结束后，油缸微动上升约3～5 mm，此时有杆腔是应该没有压力的。但可以肯定的是，该油缸损坏是在油缸上升过程中发生的，且此时该油缸的上法兰盖螺栓已全部断裂，密封压盖已被冲出。

2.2 油缸结构受力分析

图4为夹紧快速油缸结构示意图，油缸为双作用活塞缸，缸筒和下法兰为一体，上法兰中有活塞杆导向套、全套组合密封、活塞杆密封、密封压盖等。其中，缸盖靠外圈螺栓连接在缸筒上，密封压盖则由8条M16、10.9级的高强螺栓固定在缸盖上。因此，上腔压力主要作用在缸盖上，而密封压盖只承受来自活塞杆导向套的力。以系统最高压力31.5 MPa为例，密封压盖承受的最大力

式中：pmax—系统最大压力，31.5 MPa；

图4 夹紧快速油缸结构示意图

D1—活塞杆导向套外径，225 mm；D0—活塞杆外径，200 mm。

依据机械设计手册，每条M16、10.9级的密封压盖螺栓可承受16.3 t的轴向拉力[9]，则8条螺栓完好的情况下可承受130.4 t的拉力，密封压盖的螺栓完全满足设计要求。而实际的波形图上，有杆腔的压力最大为29.5 MPa（对应11.8 V），在螺栓完好的情况下，完全不足以将螺栓拉断。因此，油缸压盖螺栓全部断裂的原因有以下两种：

（1）油缸故障前部分螺栓已断裂。从现场情况来看，螺栓全部为根部断裂，断面一致，断口颜色崭新，应是同时被拉断。因此，螺栓断裂导致油缸故障的可能性不大。

（2）活塞杆导向套和活塞杆咬死。当油缸上升时，活塞、活塞杆和活塞杆导向套形成统一体，此时无杆腔对活塞的力通过导向套直接作用在密封压盖上，造成8条螺栓同时断裂。

此时，无杆腔压力为27.5 MPa（对应11 V），产生的力

式中：p—无杆腔压力，28.88 MPa；

D—活塞内径，280 mm。

在8条螺栓全部完好的情况下，活塞承受的力已超过允许最大拉力的29.7%，必然导致螺栓短时间内全部断裂[10]。通过对油缸解体后发现，活塞杆导向套有偏磨印迹，也验证了以上分析的合理性。

3 结束语

结合MAC8记录的时序图及油缸结构分析，认为油缸上升过程中活塞杆和导向套咬死，活塞杆压盖承受下腔全部液压力，是压盖螺栓断裂的主要原因。通过对此次故障的分析和处理，总结了经验，即平时应提高设备维护人员的故障判断及处理的水平，完善油缸更换操作流程，从而减少故障处理时间。

[1]孙瑞华.UOE焊管生产及其现状[J].焊管,2000,23（5）:24-39.

[2]王啸修.UOE焊管成型质量水平及技术能力的提升[J].宝钢技术,2017（1）:67-72.

[3]李国栋.UOE直缝埋弧焊管生产线三大主成型工艺及设备[J].焊管,2000,31（5）:59-62.

[4]吴坚.UOE成型大直径直缝焊管生产[J].钢管,2000,29（5）:13-16.

[5]全基哲,陈军.UOE机组C型预弯机承载能力分析[J].重型机械，2012（6）:53-57.

[6]王三云.国外大口径直缝埋弧焊管生产技术发展概况[J].焊管，2000，23(6):50-58.

[7]周维海.UOE大直径直缝埋弧焊管U成形回弹量分析[J].重型机械，2002（3）:51-54.

[8]刘京雷.预弯工艺参数对UOE焊管O成形的影响[J].塑性工程学报，2005，12（3）:71-75.

[9]机械设计手册编委会.机械设计手册（新版）[M].北京:机械工业出版社，2004.

[10]刘鸿文.材料力学[M].北京:高等教育出版社，1999.

编辑：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

黄 杰（1986—），男，工学硕士，主要从事UOE焊管液压设备维护管理工作。

2017-03-15