1.1 故障现象
3.1 故障情况总结
12.5MN（1250 t）快速液压锻造机，由主机本体、液压系统、电气控制系统、50 kN/125 kN·m 全液压有轨锻造操作机、50 kN 液压升降回转台、30kN 全液压无轨装出料机等部分组成。其中主机本体的结构形式为单缸、整体框架双柱下拉式结构，由整体机架、固定梁、工作缸、回程缸、支座、导向装置、锻造工具、移动工作台、横向移砧装置、行程检测装置、润滑系统、主机盖板等组成。 故障为液压设备常见故障，液压缸划伤问题，俗称“拉缸”现象，油缸及活塞杆表面的划伤通常为表面镀铬层破损，为轻度划伤，无需补焊油缸主体，只需要将活塞杆表面修复以达到减少摩擦力。若划伤深度＞0.1 mm，伤及油缸或液压杆主体，则需要通过补焊及电镀的办法来处理划痕；若划伤面积较大且深，主体损坏程度严重，考虑成本后则可选择重新购买或制作液压缸。由于本次故障的划伤面积中等，划痕深度＜0.1mm，主缸体未明显损坏，同时设备拆装繁琐，拉运成本高，考虑采用现场修复方案，以小成本、简流程、短周期来完成修复工作。 1
故障现象及分析
活塞杆表面及缸筒内壁有一定程度的划痕（图1），发现故障现象后立即停机，防止故障扩大化，故障现象分为4 种： （1）划痕深处方向一致，全部位于油缸西北角。 （2）活塞杆拉伤造成密封损坏，有漏油现象。 （3）滑动梁西北角定位铜块固定螺栓松动脱落，滑动梁东西方向定位铜块的间隙较大（2.5～3）mm，远大于南北方向间隙（0.5～0.6）mm。 （4）活塞杆与缸筒内密封垫处有少量硬质碎屑。
1.2 原因分析 设备主体结构顶部滑动梁为自由端，设备运行时，机架滑动梁带动油缸缸筒上下移动，完全依靠导向装置（定位铜块）定位（图2）。滑动梁西北方向的定位铜块松动脱落，使得油缸东西方向失去支撑力，动作时受侧向力偏载，导致活塞杆与油缸内壁密封铜套拉伤，主缸与回程缸拉伤的位置都处于同一方向，说明滑动梁整体方向偏移。
滑动梁的结构特点决定了设备工作时有着较高的要求，机架滑动梁的垂直方向由地面上下共16组可调整的定位铜块定位，每个梁柱的4 个方向均需要保证与各定位铜块之间的距离保持在0.8 mm 之内，使得滑动梁在上下运动过程中既保证垂直，同时无偏载摩擦阻力。 综合各类因素分析，引起故障的原因有3 个方面： （1） 设备安装人员对大部分紧固螺栓、螺母未做防松动处理，其中就包括导向装置中的导向板（定位铜块）固定螺丝。设备运行时本身产生较强的震动，造成导向装置上下两端导向板的固定螺丝松动，使导向板与机架之间间隙变大，失去支撑作用，引起机架单方向倾斜，倾角超出设备容许偏差。 （2）液压油中混有细小的硬质杂质，在柱塞运动过程中，杂质夹在柱塞与密封铜套和密封垫圈之间产生刮擦，加之柱塞受力偏载，加剧了磨损受力；同时划伤时产生的异物（如铜垫碎屑）还有可能混入液压油，使其污染，导致柱塞表面的二次划伤。 （3） 设备操作人员在停机日常巡检时没有按照规定章程进行，以至于没有及时发现定位铜板螺丝的松动及脱落，没有及时采取措施，导致偏载现象加剧。 2
故障分析及修复 2.1 活塞杆受力分析 主油缸与活塞杆在连接部分由组合密封垫实现密封，见图3。在相对运动过程当中，活塞杆与油缸应处于同轴度运动，水平方向除密封垫的静压力，无其他外力。故障中由于滑动梁在单方向的支撑块松动脱落，导致油缸整体偏移，使油缸相对运动过程中水平方向多出一个偏载力，施加在油缸内壁的组合密封垫与活塞杆表面之间，受力点为A 点，使得A 点处的组合密封垫（含铜环）刮擦活塞杆表面使其划伤。
在图4 中对A 点处进行受力分析，F1 为正常情况下活塞杆所受重力与油缸液压作用力的合力，正值为活塞杆向下运动，负值为活塞杆向上运动。现在受到水平方向的偏载力F2，大小可由F1 和偏载角度β（β≈1°）的关系求出，最后得出合力F3，其方向为由活塞杆到油缸内壁，活塞杆受到反作用力而损伤。液压系统压力31.5 MPa，油缸活塞杆下端受力面积395919mm2 （活塞杆直径710 mm），可计算得出F3=12473.4 kN。通过受力分析结果不难发现，由于活塞杆偏载力的存在，活塞杆在与油缸的相对运动过程中，行程约为1200 mm 的活塞杆，表面镀铬层厚度（0.03～0.05）mm，多承载的压力加上液压油中的少量碎屑，夹杂在密封垫缝隙中，对活塞杆表面镀铬层造成划伤。
2.2 维修方案 根据设备故障情况及原因分析，确定维修方案主要分为3 步： （1）修复。拆解划伤的柱塞杆，对其受损部位进行修磨光滑，更换受损的密封组合垫。同时清理液压系统，去除可能引起划伤的杂质。 （2）调整。调整滑动梁机架4 个方向的16 个定位铜块，使得4 个方向的定位铜块与机架间的缝隙≤0.8 mm，保证机架垂直无阻力运动。 （3）改进。通过对螺丝进行防松动处理来加固各个方向的定位铜块，避免震动导致的滑块松动再发生。 2.3 工作内容 （1）设备压机油缸排油，清理机架与柱塞杆连接处。 （2）机架与柱塞杆分解开，压盖拆除，铜套拆除，密封拆除。 （3）清理所有连接处杂物，柱塞划痕处油石打磨处理，检查维修铜套。 （4）全面清洗设备主副油箱、充液罐。 （5）检查及调整机架与定位铜块间隙。 2.4 改进方案 通过分析故障的发生过程，找到了故障发生的根源。由于滑动梁单方向定位铜块螺丝松动并脱落，导致的油缸朝单方向偏移，在活塞杆与油缸的相对运动过程中同轴度出现偏差，使得活塞杆在单方向受到偏载力，加之液压油当中有少量的硬质碎屑等次要因素，共同造成了油缸的单方向划伤。发现问题根源后，有针对性地提出相应的解决方案，即如何避免紧固定位铜块的螺丝松动脱落。 市场中有各类防松螺丝、防松螺母，大多数防松方法为增加摩擦力来防止螺丝松动，使用的材料有工程塑料以及防松螺丝胶等。由于液压油缸部分在使用过程中不可避免的会有少量液压油渗出，以及油缸日常保养的机械润滑油等，这些油脂类在螺丝以及铜块上累积，加上设备运行的振动，普通的防松螺丝无法达到固定要求。因此采用在定位块两螺母之间加焊防松动杆的办法，在调整好定位铜块与滑动梁的间隙之后，上紧螺母，并在两螺母之间焊1 条或2 条钢片，彻底解决螺丝松动的问题。此方案的实施前提是在滑动梁底部的定位处、油污较多的位置，并且是在调整好4个方向的间隙之后，一次加焊固定杆可长时间使用。 3
快锻机故障原因总结
12.5 MN 快速锻造液压机的特点为锻造频率高，锻造角度多样，适用于中小型科研试验平台，由于其锻造动作快，便要求其液压系统有着良好的灵敏度和畅通性。及时检查设备运转后各个液压管路是否漏油，各液控阀及指示灯是否完好，通过观察及手动检查滑动梁各方向定位块螺丝是否松动并及时上紧，通过使用塞尺检查定位滑块缝隙是否符合标准，在日常例行检查过程中发现任何问题都应当及时处理，以免带来更严重的后果。 液压油缸表面划伤的因素主要有2 个。 （1）含有颗粒物杂质的液压油进入液压油缸。这些颗粒物杂质卡在了活塞杆与导向环之间（或卡在了活塞与缸筒内壁之间），当油缸活塞相对运动时就会发生划伤活塞杆、缸筒内壁的现象，颗粒物越多、越大，划伤的痕迹就越深越明显。 （2）油缸自身的问题。由于设计或装配等原因造成活塞杆、活塞、缸筒、导向环等部件之间的同轴度误差过大，或缸筒、活塞杆直线度误差过大，使得油缸的活塞杆与导向环之间产生机械干涉，这种机械干涉一定会损伤活塞杆或油缸内壁。 3.2 同类故障原因 液压缸划伤问题，俗称“拉缸”现象，传统方法通常为拆卸后运往生产厂家进行补焊加工或报废更换。使用单位由于没有备件更换，重新生产配件或返厂维修时间无法控制，长时间故障造成严重的经济损失，同时还要支付高额的运输和修复费用。 液压缸是工程机械最主要的部件，堪比为人的关节部分，同样也是最易出现问题的部件，尤其是活塞杆表面划伤更为普遍，其发生的主要原因如下： （1）装配过程中零件毛刺处理不干净混入异物造成的缸壁划伤。 （2）划伤处脱落的碎屑会嵌入密封件，运行时夹杂在密封件工作部位，造成新划伤。 （3）活塞滑动表面压过大造成的烧结现象，各类因素导致活塞杆倾斜，出现偏载现象，或者由于横向载荷等作用使活塞杆滑动面表面压上升，将引起烧结现象。 （4）密封垫（铜垫）的损坏，密封垫（铜垫）在使用中发生破损，碎片夹在活塞杆缝隙，造成划伤。 （5）电镀硬铬层的磨损，多数是由于活塞的摩擦铁粉的研磨作用造成的，中间夹有水分时磨损更快。同时金属的接触点电位差造成的腐蚀，发生在活塞接触点的部位，腐蚀成点状发生。 3.3 同类故障的预防 液压油缸使用中要承受很大的压强，负载越重活塞杆表面压强就会越大，因此，做好液压油缸的保养工作是整个液压系统维护最重要的环节。首先要做到防锈，液压油缸的活塞部分在工作状态中是要伸出油缸的，自然就会受到氧化物、酸性气体的侵蚀，这就需要涂覆适量的油脂进行保护。其次要开箱换油，因为长时间使用，难免会有异物进入液压油缸中，这样在使用中就会发生摩擦增大现象。另外，液压油也有一定的使用寿命，长时间不换油会损坏或者侵蚀液压油缸内部。同时，在设备负责人员日常使用的过程中应当注意保养与检查工作，如设备使用前的巡检、周期性的保养等工作，不可疏忽大意。 4
结束语 快速锻造液压机有着锻造频率快，锻造方向多，精准度高等优点，在自由锻造领域有着广泛的使用。为了完成流畅的动作，应当保证其液压系统的正常运行，发现问题应及时处理，避免故障的扩大化。