直缝埋弧焊管生产线预弯机振动原因分析及预防措施

李俊华

（中石化石油机械股份有限公司沙市钢管分公司， 湖北 荆州434000）

0 前 言

预弯机是直缝埋弧焊钢管生产线的重要组成部分， 其目的是将成型机轧不到的板材边缘预先轧制达到钢管半径的弧度。 预弯边压力机由两个机架对称组成， 每个机架上有两组油缸， 两组油缸同步上升、 下降， 以实现对钢板板边的折弯[1-7]。

中石化石油机械股份有限公司沙市钢管分公司直缝焊管生产线的预弯机由于吨位大、 系统压力高， 使用过程中不同程度出现了问题， 主要有： ①同步上升过程中， 在快进和工进切换点（光栅显示380） 处下梁找平出现抖动和异响；②回程缸活塞杆与下梁的连接螺栓 （提升环螺栓） 频繁断裂； ③液压系统密封件失效漏油；④回路软管破裂等[8-9]。

本研究针对预弯机工作过程中出现的问题，分析了预弯机振动的原因以及振动对设备的影响， 寻找对应的解决方案， 从而降低设备维护成本， 延长设备使用寿命。

1 预弯机下梁水平方向位移及振动分析

1.1 预弯机的机械结构

预弯机单侧有2 个油缸组， 下梁及下模安装在两个油缸组上， 两个油缸组上升、 下降同步运动。 下梁两端各安装一块导向板， 导向板与下梁间通过十字键连接， 下梁结构如图1 所示。 机架上的机架导向柱垂直， 导向板上的铜滑板与机架导向柱间相对滑动， 导向板垂直上下运动， 实现对下梁上下运动进行垂直导向。

图1 预弯机下梁结构示意图

1.2 振动原因

由于导向板、 下梁等零部件尺寸大， 安装空间位置小， 调整困难， 为了设备维修时方便安装，导向板与下梁导向柱间的导向间隙大于1 mm。 导向铜板为长方体整块结构， 安装后导向板与机架导向柱的间隙不能调整。 下梁上下运动过程中，由于受力状态变化， 下梁和导向板会整体出现水平方向的位移和振动。 以机架为基准， 在50%压力情况下生产时， 利用百分表对油缸和下梁分别进行钢板宽度方向和长度方向的水平位移测量， 具体数据见表1。

表1 油缸及下梁水平位移测量结果

1.3 振动危害及预防措施

预弯机油缸靠螺栓固定在机架上， 下梁与油缸的连接如图2 所示， 提升环螺丝连接回程油缸活塞与下梁， 提升环与活塞杆端部件的间隙为2.5 mm。 通过测量发现， 下梁与油缸工作时发生位移的方向和距离不一致， 最大位移量超出了提升环间隙的设计值， 导致提升环连接螺栓干涉产生剪切力， 频繁断裂。

图2 下梁与油缸连接示意图

下梁钢板宽度方向楔形导向结构如图3 所示。 机架导向柱滑动导向由三块平板铜滑板结构组成， 下梁在安装后无法进行间隙调整。 将平板导向结构更改为楔块可调结构。 钢板宽度方向导向： 定位铜板厚度一定， 作为下梁位置基准， 保证油缸和下梁相对位置固定； 调整螺丝压紧楔快， 楔块间相对滑动， 减小导向间隙， 提高导向精度。 钢板长度方向导向： 一端导向铜板为平板， 另一端为楔形铜板结构， 通过调整楔形铜板来进行导向间隙调整。 对油缸固定螺栓和压块进行调整紧固， 减小油缸的位移。

增大提升环与活塞杆件的安装间隙， 将提升环孔径增大6 mm， 间隙尺寸增大到5.5 mm。 生产实践表明， 增大间隙能消除水平位移引起的干涉受力， 进而解决提升环螺丝断裂的问题。

图3 下梁钢板宽度方向楔形导向结构示意图

2 上升过程中振动分析及预防措施

2.1 下梁同步运动控制

预弯机油缸同步运动采用DNC60 控制，DNC60 是2 轴数控， 所以每边机架两个油缸组各由1 个DNC60 控制， 具体控制过程为： 在接收到工作指令后， DNC 输出电压信号控制两个高频响比例阀开启， 实现下梁同步运动； 进出口导向板上各安装一个位置光栅测量尺， 对下梁运动位置进行测量， 下梁位置实时测量结果反馈给同步控制器DNC60 进行闭环控制， 实现进出口油缸同步工作[10-15]。

2.2 快进、 工进切换振动及预防措施

下梁两个油缸组同步上升过程中， 受DNC 控制精度、 液压系统执行精度和光栅测量精度等因素的影响， 实际运动中会出现同步偏差， 在运动过程中同步偏差会不断变化， 导致下梁运动不稳定， 出现垂直方向的振动。 当同步误差大于5 mm时， 下梁会出现明显的抖动。

预弯机上升过程分为快进、 工进两个阶段，系统设置快进速度为8.62 mm/s， 工进速度7.44 mm/s。 快进和工进在减速斜坡行程段进行减速切换， 具体过程如图4 所示。

图4 预弯机油缸同步上升过程示意图

减速斜坡行程参数控制减速快慢， 在减速段内对进出口油缸位移偏差进行同步修正。 当减速斜坡行程设置偏小、 进出口油缸同步位移出现大于5 mm 误差时， 油缸组同步找平过快， 比例阀开口会在较短时间内快速变换， 导致液压冲击较大， 油缸与下梁剧烈抖动。 实践证明， 将减速斜坡行程参数由5 增大到10， 能减缓同步找平速度， 进而降低振动。

3 结 论

（1） 平板导向结构导向间隙大， 生产过程中油缸与下梁出现不同大小、 方向的水平位移， 提升环连接螺栓受剪切力频繁断裂。 将平板导向结构改为楔形导向结构， 能减小导向间隙， 提高导向精度； 同时增大提升环与活塞杆件的安装间隙， 能消除水平位移引起的干涉受力， 进而解决提升环螺丝断裂的问题。

（2） 上升过程中减速斜坡行程设置偏低时，同步找平速度过快会引起下梁抖动， 增大减速斜坡行程设置参数能有效降低抖动。