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摘要 本文描述湘钢3800 mm轧机弯辊系统基本功能、原理，并通过对弯辊系统所出现的问题进行持续跟踪、改进，解决了轧机弯辊系统频繁出现了各类问题，减少了事故，提高生产效率，改善钢板形状。
关键词 弯辊缸；伺服阀；承压头；弯辊力；板形
中图分类号 TG333 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)051-0146-02
湘钢3800 mm轧机为SEMAC设计，中国一重制造。其中电控系统、液压系统和部分关键机械设备为进口设备。弯辊系统是中厚板轧机重要的组成部分，对板型控制起到至关重要作用。通过低温、大压下量轧制方式从而获得强度更高、性能更全面的现代轧制工艺方法对中厚板轧机弯辊系统提出了更高的要求。
1 系统组成、功能及原理
1）组成：3800 mm轧机弯辊系统主要构成：伺服液压站、液压控制回路（伺服阀、液控单向阀、溢流阀）、压力传感器、PLC和16个弯辊缸构成。液压原理：弯辊缸活塞侧和杆侧分开控制，杆侧是通过一个三通减压阀加切断阀，压力稳定在40bar，从而保证轧钢时活塞与缸头无直接接触；换辊时能自动收回去。活塞侧液压回路中有平衡功能回路和弯辊功能回路两部分，采用并联连接，两个各自独立的回路上都有插装式切断阀并通过先导控制阀进行控制切断，从而保证检修和事故状况下的回路安全可靠。
2）功能：①紧急平衡功能，下工作辊弯辊缸的活塞侧压力为30 bar，作用是让下工作辊紧贴下支撑辊防止咬钢和抛钢时跳动；上辊油缸活塞侧压力为110 bar，作用：平衡掉上工作辊的重力、使上工作辊紧贴上支撑防止咬钢、抛钢时跳动。当弯辊功能出现故障时，可切换到紧急平衡功能，保证生产的延续进行。②弯辊功能：轧制以前，弯辊缸产生比较大的作用力，迫使工作辊产生一定的反向预弯曲，消除掉轧钢时辊系中间变形量，保证钢板厚度均匀和良好的板形。
图1
3）工作原理：当轧机L2接收到钢板信息后，轧制模型会自动计算出每一道次需要的弯辊力，后将弯辊力自动发给TCS系统（L1），此时PLC根据此期望弯辊力和现场传感器检测到的实际弯辊力进行比较，计算出偏差后，将此偏差信号送到伺服阀上从而达到期望的弯辊力。当钢板在轧制过程中，为保证钢板平直度，此时根据检测到实际轧制力对弯辊力再进行不停地修正，从而保证钢板的平直度和板形。控制原理如图1所示。
2 主要故障分析方法和处理措施
1）弯辊力上不去造成钢板中浪。弯辊力是通过压力传感器、伺服阀以及PLC进行闭环控制，在实际生产中，由于压力传感器测压不准确导致实际闭环控制未起到作用；油缸内泄、溢流阀调节弹簧问题造成伺服阀调节超调等原因造成实际弯辊力比期望弯辊力低，导致钢板出现中浪现象。对于传感器问题，判断方法：将两侧弯辊力传感器放在一起比较，正常情况下，两侧的弯辊力很相近，相差不过200 KN左右，而且伺服阀的输出变化量也近似同步，明显不同步时，说明力的反馈环不稳定。对于因泄漏引起的弯辊力上不去，从伺服阀的给定、油管的温度、声音都可以判断出此故障。发生泄漏、或溢流阀问题时产生溢流时，此时该侧伺服阀的输出量明显大于另外一侧输出量，油管的温度或溢流阀的温度也较正常一侧回路高很多，如果溢流量较大时，在阀台附近也能听到油流的声音。
图2
2）上弯辊缸底板接头漏油、伺服系统阀台回油管漏油。①底板接头漏油：3800 mm轧机上弯辊活塞侧油管自投产以来频繁出现漏油情况，主要原因是接头松动引起。轧钢时，每一道次的辊缝需要不停地调节，上辊需要上下动作多次，故弯辊油管也被扯动多次，另上支撑辊轴承座与牌坊之间存在一定间隙，轧钢时支承辊存在摆动现象。由于这两个现象导致弯辊缸底板油管接头松动漏油，经不停的尝试和力学分析以后，我们选择加工整体式弯辊缸底板，并将长度延伸200 mm，油口采用SAE11/2的连接，改造完以后，此处故障彻底消除掉。②伺服阀台回油管漏油：弯辊系统瞬时流量达到400 L/min，当轧机咬瞬间，弯辊力急剧上升，为保弯辊力快速稳定，弯辊伺服回路快速泄压，此时导致回油单向阀R44，DN80单向阀压力快速升高，并推动阀芯撞击铜质阀体，常时间之后，单向阀阀体支撑柱塌边，阀芯进入回油管路中，并造成回油压力上升，直接冲破密封。经过现场反复试验，不管采用硬质密封、聚合物密封都不行。由于回油过滤器以前有总管单向阀，能够给回油管一个背压。我们将此弯辊伺服阀台回油单向阀阀芯摘除，将原有的平面密封改成DIN标准O型圈密封，此故障自改造后，彻底消除。
3）换辊时弯辊锁不回。3?800 mm轧机换辊时经常出现弯辊不能正常缩回，主要原因有：①油缸杆侧回路中三通减压阀输出压力不够，不能消除掉弯辊缸的重量。三通减少阀输出压力低的原因有先导阀调整弹簧松动、断裂等导致预紧力不够，造成先导控制压力不够，导致实际输出压力不够；先导阻尼孔和主阀芯阻尼孔存在堵塞导致主阀芯力两侧控制腔压力不平衡，阀芯被迫移动，建立新的平衡，也造成实际输出压力不够。此种现象只要排除掉三通减压故障后，就可回复正常。②油缸内泄，导致杆侧液压油窜到活塞侧，又因为换辊时，活塞侧泄压以后，右路自动封闭。导致活塞侧压力最终和杆侧压力相同，但因活塞侧实际作用面积大于杆侧实际作用面积，造成活塞侧液压力大于杆侧液压力，油缸最终伸出而无法缩回。此时需要捅先导控制阀将活塞侧弯辊回路主油路接通，拔掉伺服阀插头，让伺服阀处于A-T位置（事故情况下自动泄压位置），即可将弯辊缸缩回去。③未走正常换辊程序，导致TCS状态不对，油缸活塞侧没有泄压，弯辊缸缩不回去。
4）弯辊缸失效原因分析①油缸活塞杆漏油，原因：承压头碎裂。宽厚板投产前期，下弯辊缸使用寿命不到3个月就频繁出现油缸缸头漏油。现象为工作辊轴承座上耐磨垫变形，弯辊缸活塞杆承压头碎裂，活塞杆变形并损坏防尘圈、拉坏油缸活塞杆密封。通过观察和分析发现：咬钢时，弯辊力快速上升，承压头瞬间受力；工作辊受反向力作用往轧制方向瞬间后侧，导致耐磨垫与承压头之间快速产生搓动力；抛钢瞬间也一样。轧钢时由于钢板头部形状不规则，同板厚度、温度不均匀导致在咬钢瞬间工作辊轴承座左右倾斜，使得耐磨垫与承压头之间局部接触，单位载荷很高。由以上1和2两种因素导致弯辊缸承压头局部受力，使用一段时间后就开裂，并导致活塞杆炸开，损坏防尘圈、拉伤密封导致漏油。通过频繁更换耐磨垫和承压头的材质与热处理工艺，最终找到了规律：耐磨垫的硬度必须小于承压头的硬度，耐磨垫硬度在38-40 HRC，承压头硬度在50 HRC，（经热处理强化后，如果硬度太高，承压头塑性能力变差，56 HRC以上时，承压头就出现断裂现象）。这样耐磨垫变形后我们可以在工作辊下线磨削时可以将其更换，从而保证油缸更换周期内，承压头部变形，保护油缸活塞杆不变形损坏密封。②油缸内泄，原因：活塞尺寸精度不满足要求。缸筒尺寸超标，缸筒原始尺寸为200H7，下线后检测发现最大尺寸处为200.2 mm.超出标准，导致活塞密封补偿不足，运行一段时间出现轻微磨损以后漏油。活塞杆密封处沟槽倒角过大。标准为R0.5，实际上达到了R2以上，导致密封受压后出现了明显的变形，失去补偿和密封功能，导致油缸内泄。
3 结束语
通过对弯辊系统出现的故障，从原理上分析，找到弯辊系统各故障的源头，并予以处理，为轧钢液压传动设备故障判断和分析提供了一种方法，为生产提供保证。
参考文献
[1]黄志坚.液压设备故障分析与改进[M].华中理工出版社,1999,01.
[2]王春行.液压伺服控制系统[M].机械工业出版史,1981.
关键词 弯辊缸；伺服阀；承压头；弯辊力；板形
中图分类号 TG333 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)051-0146-02
湘钢3800 mm轧机为SEMAC设计，中国一重制造。其中电控系统、液压系统和部分关键机械设备为进口设备。弯辊系统是中厚板轧机重要的组成部分，对板型控制起到至关重要作用。通过低温、大压下量轧制方式从而获得强度更高、性能更全面的现代轧制工艺方法对中厚板轧机弯辊系统提出了更高的要求。
1 系统组成、功能及原理
1）组成：3800 mm轧机弯辊系统主要构成：伺服液压站、液压控制回路（伺服阀、液控单向阀、溢流阀）、压力传感器、PLC和16个弯辊缸构成。液压原理：弯辊缸活塞侧和杆侧分开控制，杆侧是通过一个三通减压阀加切断阀，压力稳定在40bar，从而保证轧钢时活塞与缸头无直接接触；换辊时能自动收回去。活塞侧液压回路中有平衡功能回路和弯辊功能回路两部分，采用并联连接，两个各自独立的回路上都有插装式切断阀并通过先导控制阀进行控制切断，从而保证检修和事故状况下的回路安全可靠。
2）功能：①紧急平衡功能，下工作辊弯辊缸的活塞侧压力为30 bar，作用是让下工作辊紧贴下支撑辊防止咬钢和抛钢时跳动；上辊油缸活塞侧压力为110 bar，作用：平衡掉上工作辊的重力、使上工作辊紧贴上支撑防止咬钢、抛钢时跳动。当弯辊功能出现故障时，可切换到紧急平衡功能，保证生产的延续进行。②弯辊功能：轧制以前，弯辊缸产生比较大的作用力，迫使工作辊产生一定的反向预弯曲，消除掉轧钢时辊系中间变形量，保证钢板厚度均匀和良好的板形。
图1
3）工作原理：当轧机L2接收到钢板信息后，轧制模型会自动计算出每一道次需要的弯辊力，后将弯辊力自动发给TCS系统（L1），此时PLC根据此期望弯辊力和现场传感器检测到的实际弯辊力进行比较，计算出偏差后，将此偏差信号送到伺服阀上从而达到期望的弯辊力。当钢板在轧制过程中，为保证钢板平直度，此时根据检测到实际轧制力对弯辊力再进行不停地修正，从而保证钢板的平直度和板形。控制原理如图1所示。
2 主要故障分析方法和处理措施
1）弯辊力上不去造成钢板中浪。弯辊力是通过压力传感器、伺服阀以及PLC进行闭环控制，在实际生产中，由于压力传感器测压不准确导致实际闭环控制未起到作用；油缸内泄、溢流阀调节弹簧问题造成伺服阀调节超调等原因造成实际弯辊力比期望弯辊力低，导致钢板出现中浪现象。对于传感器问题，判断方法：将两侧弯辊力传感器放在一起比较，正常情况下，两侧的弯辊力很相近，相差不过200 KN左右，而且伺服阀的输出变化量也近似同步，明显不同步时，说明力的反馈环不稳定。对于因泄漏引起的弯辊力上不去，从伺服阀的给定、油管的温度、声音都可以判断出此故障。发生泄漏、或溢流阀问题时产生溢流时，此时该侧伺服阀的输出量明显大于另外一侧输出量，油管的温度或溢流阀的温度也较正常一侧回路高很多，如果溢流量较大时，在阀台附近也能听到油流的声音。
图2
2）上弯辊缸底板接头漏油、伺服系统阀台回油管漏油。①底板接头漏油：3800 mm轧机上弯辊活塞侧油管自投产以来频繁出现漏油情况，主要原因是接头松动引起。轧钢时，每一道次的辊缝需要不停地调节，上辊需要上下动作多次，故弯辊油管也被扯动多次，另上支撑辊轴承座与牌坊之间存在一定间隙，轧钢时支承辊存在摆动现象。由于这两个现象导致弯辊缸底板油管接头松动漏油，经不停的尝试和力学分析以后，我们选择加工整体式弯辊缸底板，并将长度延伸200 mm，油口采用SAE11/2的连接，改造完以后，此处故障彻底消除掉。②伺服阀台回油管漏油：弯辊系统瞬时流量达到400 L/min，当轧机咬瞬间，弯辊力急剧上升，为保弯辊力快速稳定，弯辊伺服回路快速泄压，此时导致回油单向阀R44，DN80单向阀压力快速升高，并推动阀芯撞击铜质阀体，常时间之后，单向阀阀体支撑柱塌边，阀芯进入回油管路中，并造成回油压力上升，直接冲破密封。经过现场反复试验，不管采用硬质密封、聚合物密封都不行。由于回油过滤器以前有总管单向阀，能够给回油管一个背压。我们将此弯辊伺服阀台回油单向阀阀芯摘除，将原有的平面密封改成DIN标准O型圈密封，此故障自改造后，彻底消除。
3）换辊时弯辊锁不回。3?800 mm轧机换辊时经常出现弯辊不能正常缩回，主要原因有：①油缸杆侧回路中三通减压阀输出压力不够，不能消除掉弯辊缸的重量。三通减少阀输出压力低的原因有先导阀调整弹簧松动、断裂等导致预紧力不够，造成先导控制压力不够，导致实际输出压力不够；先导阻尼孔和主阀芯阻尼孔存在堵塞导致主阀芯力两侧控制腔压力不平衡，阀芯被迫移动，建立新的平衡，也造成实际输出压力不够。此种现象只要排除掉三通减压故障后，就可回复正常。②油缸内泄，导致杆侧液压油窜到活塞侧，又因为换辊时，活塞侧泄压以后，右路自动封闭。导致活塞侧压力最终和杆侧压力相同，但因活塞侧实际作用面积大于杆侧实际作用面积，造成活塞侧液压力大于杆侧液压力，油缸最终伸出而无法缩回。此时需要捅先导控制阀将活塞侧弯辊回路主油路接通，拔掉伺服阀插头，让伺服阀处于A-T位置（事故情况下自动泄压位置），即可将弯辊缸缩回去。③未走正常换辊程序，导致TCS状态不对，油缸活塞侧没有泄压，弯辊缸缩不回去。
4）弯辊缸失效原因分析①油缸活塞杆漏油，原因：承压头碎裂。宽厚板投产前期，下弯辊缸使用寿命不到3个月就频繁出现油缸缸头漏油。现象为工作辊轴承座上耐磨垫变形，弯辊缸活塞杆承压头碎裂，活塞杆变形并损坏防尘圈、拉坏油缸活塞杆密封。通过观察和分析发现：咬钢时，弯辊力快速上升，承压头瞬间受力；工作辊受反向力作用往轧制方向瞬间后侧，导致耐磨垫与承压头之间快速产生搓动力；抛钢瞬间也一样。轧钢时由于钢板头部形状不规则，同板厚度、温度不均匀导致在咬钢瞬间工作辊轴承座左右倾斜，使得耐磨垫与承压头之间局部接触，单位载荷很高。由以上1和2两种因素导致弯辊缸承压头局部受力，使用一段时间后就开裂，并导致活塞杆炸开，损坏防尘圈、拉伤密封导致漏油。通过频繁更换耐磨垫和承压头的材质与热处理工艺，最终找到了规律：耐磨垫的硬度必须小于承压头的硬度，耐磨垫硬度在38-40 HRC，承压头硬度在50 HRC，（经热处理强化后，如果硬度太高，承压头塑性能力变差，56 HRC以上时，承压头就出现断裂现象）。这样耐磨垫变形后我们可以在工作辊下线磨削时可以将其更换，从而保证油缸更换周期内，承压头部变形，保护油缸活塞杆不变形损坏密封。②油缸内泄，原因：活塞尺寸精度不满足要求。缸筒尺寸超标，缸筒原始尺寸为200H7，下线后检测发现最大尺寸处为200.2 mm.超出标准，导致活塞密封补偿不足，运行一段时间出现轻微磨损以后漏油。活塞杆密封处沟槽倒角过大。标准为R0.5，实际上达到了R2以上，导致密封受压后出现了明显的变形，失去补偿和密封功能，导致油缸内泄。
3 结束语
通过对弯辊系统出现的故障，从原理上分析，找到弯辊系统各故障的源头，并予以处理，为轧钢液压传动设备故障判断和分析提供了一种方法，为生产提供保证。
参考文献
[1]黄志坚.液压设备故障分析与改进[M].华中理工出版社,1999,01.
[2]王春行.液压伺服控制系统[M].机械工业出版史,1981.