打包机缓冲油缸故障分析及解决方法

肖义，姜晓钢

(湖南湘潭钢铁集团股份有限公司，湖南 湘潭411100）

0 引言

打包机是线棒材厂重要的精整收集设备。我们线材厂使用的打包机为森德斯设计制造的打包机，液压系统多采用比例控制回路。通过比例阀无级调速调整小车以及送线等装置的动作速度，这样做的目的是提高打包动作的同时，降低冲击。但仅仅靠比例回路，2#小车在动作末端其冲击仍然很大。基于以上原因，森德斯在此基础上通过气液两相的缓冲油缸（见图1）来降低冲击。打包机的缓冲油缸虽然回路简单，但对于打包机的正常运行起着至关重要的作用。

1 缓冲缸结构及原理

打包机缓冲油缸的作用： 在打包机开始打包，2# 小车的导向臂快要动作到位时给导向臂一个反向作用力，使导向臂由高速运动经大约0.5 秒的时间（这个时间是缓冲时间）停止。由于有了缓冲，导向臂运动不是突然由高速降为零，冲击会减小很多，这样就使线道等机械设备避免冲击而不损坏。在这里缓冲油缸就相当于一个可调整的液压弹簧。其原理是通过调整油缸内6个阻尼孔的大小来改变液压阻尼的大小（即缓冲力的大小）。与采取机械缓冲方式相比，采用缓冲缸的缺点是结构复杂、制造和维护成本较高，维护要求也高。优点是缓冲力可调，缓冲效果较好。用机械缓冲方式结构简单、制造和维护成本低，但较难实现可调方式，缓冲效果不如缓冲油缸。

缓冲油缸的组成有油缸缸体、缸体内套（液压阻尼调整装置）、活塞杆和油缸端盖四部分，缓冲油缸的内部结构见图2，缓冲油缸的原理见图3。

图1 缓冲油缸

图2 缓冲油缸内部结构图

图3 缓冲油缸原理图

缓冲油缸的工作原理为：图3 中油缸活塞杆处于完全退回的状态，即缓冲作用结束之时，导向臂此时速度为零。当电磁铁a 通电后气动换向阀动作，1 口和2 口相通，气压推动液压油将活塞杆推出准备下个周期的缓冲动作。当导线臂动作时a 失电，换向阀2 口和3 口相通，导线臂和活塞杆接触后推动活塞杆退回。由于缸体内储存的液压油通过缸体内套上的六个节流阻尼孔回油，而阻尼孔的开度很小，液压油在高速回油经过阻尼孔时产生较高的局部阻力损失。这个局部阻力损失即油缸内无杆腔端的压力，它与无杆腔活塞面积的乘积即为作用于导线臂上的缓冲作用力。由流体动力学可知，缓冲油缸的缓冲力并不是一个恒定值。在初始阶段缓冲力较大，而随着导线臂速度的降低缓冲力将变小。缓冲油缸原理图3 中的两个单向阀的作用是：每次油缸活塞杆伸出都是从油罐内流出的冷油，当油缸受到小车压缩，压力油经过阻尼孔从另一支路回压力罐。经过压缩高速回罐的油通过油罐冷却。这样可防止油罐内的液压油在经过反复工作而过热和老化。同时可最大限度的降低油缸温度，防止密封老化。

2 缓冲缸出现的故障及分析

缓冲油缸出现的故障：

（1）缓冲油缸活塞杆不伸出。油缸在经过缓冲，活塞杆完全缩回后，打包机正常打包。当导线臂退回时，活塞杆却不伸出，导致在打下一盘钢时缓冲缸无法起到缓冲作用。如用一个螺丝刀向外撬一下活塞杆的话，多数情况活塞杆又会自动伸出。

（2）缓冲油缸活塞杆处漏油，导致液压油滴在盘卷上而影响盘卷质量。

由原理图可知，压缩空气经过换向阀与单向节流阀进入油罐上部，再推动液压油产生推动活塞的力，而使活塞杆伸出。由油缸的结构可知，在活塞杆完全缩回时，液压油只能通过缸体内套上的最末端的阻尼孔进入油缸无杆腔而推动活塞运动。为了提高打包效率，打包机上的各元件的速度都取的是较大值，因此导线臂的速度冲击较大，缓冲缸的缓冲力也需调整到较高值，所以缓冲油缸上的阻尼孔已调至接近于最低值（缝隙值小于0.5 mm）。在这种情况下，如果液压油中含有杂质的话，很容易堵塞阻尼孔，尤其是处于油缸内部最末端的阻尼孔。综上分析，可知造成故障1的原因就是油缸内最末端的阻尼孔发生堵塞，导致油缸活塞杆伸出乏力。用螺丝刀将活塞杆撬出一小段距离后，活塞上没有堵塞的阻尼孔与压缩空气连通又推动活塞杆伸出。

缓冲油缸活塞杆处漏油的原因简单，即油缸端盖内的动密封损坏或老化而产生漏油现象。

3 故障的解决办法

缓冲油缸活塞杆不伸出，经过分析可知解决的办法主要有两方面：

（1）消除堵塞现象；

（2）给活塞杆加一个额外的推力，防止油缸内部末端的阻尼孔发生堵塞而推力不够。

堵塞主要是由于液压油内有杂质造成。杂质进入液压油的途径有三种方式：

（1）给油罐加油时，由于清洁作业不够而使外界杂质进入油罐内；

（2）盘卷产生的铁皮灰落到油缸端盖活塞杆处，活塞杆在往复运动中将铁皮灰带入油缸内；

（3）液压油本身不够清洁。

解决了以上三点，就能完全解决故障。

要解决清洁度问题，我们采取以下几个措施：

（1）严格规范清洁检修作业，并做好监督工作；

（2）每班用压缩空气给油缸端盖及活塞杆吹灰，尽量减少铁皮灰进入油缸内的几率；

（3）每月定修中对油缸解体检查、清洗，对管路进行清洗；

（4）定期更换液压油。为了保证液压油的清洁度，我们加的油是大的液压站油箱内放出来的油，现在我们暂定每月更换一次液压油。

给活塞杆加一个额外的推力则很容易做到，给油缸活塞杆处加一个特制的弹簧。弹簧的自由长度即为油缸的行程。此弹簧可在油缸伸出时外加一个辅助的推力，保证活塞杆伸出到位。

针对缓冲油缸活塞杆处漏油的解决办法是，更换损坏或老化的密封圈。

缓冲油缸内容易损坏的密封圈就是油缸端盖里的动密封以及防尘圈，但动密封更易损坏。从密封损坏的情况来看，造成密封损坏的原因主要有两点。一个是装配方面的问题，一个是密封材质问题。

该密封圈为Y 型密封圈。从损坏的密封圈来看，密封圈易损坏的主要部位集中在双唇部分。经过多次装配及分析：问题主要出在将密封圈安装到油缸端盖内部的密封槽后，密封圈的压缩量就很小。当装配活塞杆时，活塞杆的杆头边缘部分会将密封圈内一面的密封唇面切伤。油缸开始使用时不会产生漏油，但使用一段时间后就会出现渗漏现象。在发现该问题后，我们将油缸活塞杆杆头倒角15°～30°，或倒R3 以上的圆角；表面粗糙度不大于0.8 μm，使装配时不致损坏密封圈。改造前新密封上线后可使用半个多月，改造后的密封圈可使用六个月左右。

原装油缸密封采用聚氨酯橡胶（AU/EU）密封。该材质密封虽然具有良好的力学性能、优异的耐磨性以及耐氧化、老化性能，但致命缺陷是不耐高温，其适用范围在-30℃～80℃。由于打包机缓冲缸部分持续接触高温盘条，在夏季油缸缸体温度实测最高温度可达90℃到100℃，所以在夏季时油缸活塞杆处极易产生漏油现象。漏的油流到盘条上会严重影响盘条质量。对此我们尝试采用更耐高温但价格更高的氟橡胶（FKM）密封，经过改进后密封使用寿命得到了极大改善。改造前聚氨酯密封在夏季使用寿命最长的仅有20 天左右，改造后只要清灰工作及时，油缸的使用寿命可达半年，大大提高了油缸的使用寿命。

4 持续改进目标

虽然经过一系列的改进，打包机缓冲油缸的故障得到了基本的控制，但距离对设备维护的最高要求仍有很长的路要走。笔者认为打包机缓冲缸的作用要发挥到极致，我们以后的工作应从以下几个方面着手。

（1）改进装配方法及技能，最大限度的延长密封的使用寿命，降低成本。在密封材质变化后活塞杆与缸体、活塞与缸体、活塞杆与活塞间的公差配合也随之发生一定的变化。

（2）掌握油缸动密封与防尘圈劣化规律。根据劣化趋势来进行维护检修，防止过度维修。

（3）通过调节阻尼孔的大小实测缓冲力的大小，积累实际数据，以此来适应不同钢种以及不同的小车运行速度的需要，并将数据固化。这样既可以最大限度地降低冲击，提高打包速度，同时又可降低人员的劳动强度。

（4）做为兴趣研究，可研究缸体内套上各阻尼孔调节槽之间的距离与缓冲力加速度间的关系。以此开阔视野，更深入地了解油缸缓冲控制的设计思路。