王雷
天津华宁电子有限公司 天津300380
摘要：双切剪是冶金制造行业板带工厂普遍使用的用于切除板材头尾的剪切设备，自身机械结构复杂，采用液压油缸驱动的方式，控制精密执行效率高。但因其处于高频次大载荷的工况下，设备各部件均存在较高的事故损坏的风险，一旦突发事故将造成机组长时间停机和重大的经济损失。某冷轧厂酸轧机组双切剪下通道剪切缸杆侧压盖螺栓全部断裂，造成执行机构损坏，液压系统漏油，设备功能丧失停机的重大事故，损失巨大。从事故现场入手，运用材料力学的研究方法对整个设备系统进行力学分析，研究螺栓失效的原因，制定改善措施，消除设计安全系不足产生的隐患。
关键词：剪切油缸；材料力学；疲劳失效；液压控制
1事故状况
现场油缸缸杆侧压盖螺栓全部断裂，活塞“半窜出”行走距离超过正常工作时的行程，导致铰点推向反侧，剪切连杆错位;后使用行车、液压千斤顶及倒链将连杆机构复位。损坏螺栓情形如下:1)缸杆侧压盖六根螺栓在同一时间全部断裂，其中一根有拉伸塑性变形，断口收缩。2)部分螺杆断面痕迹有“新旧”区别，推测螺栓损坏是逐步扩散的。3)所有螺栓断裂部位均为螺纹“咬合”界面处，此处交变应力最大。4)断裂螺杆嵌入缸体，由螺纹紧固胶防松，现场使用简单工具无法取出，排出松动后预紧力降低可能。
2改进方案
2.1原系统存在的问题
(1)目前用的插装集成式阀块的内部油道加工难度，位置要求和精度都要求太高不好控制，使用中出现油道间产生裂纹或击穿的可能性较大，而且问题排查较难。(2)液压系统管路连接较复杂，上剪刃剪切角的调整以及剪切油缸与压脚油缸在剪板时联动，增大系统里內泄、干扰的概率，出现问题也不容易排查。
2.2改进方案
结合剪板机原系统存在的问题、工作节拍、液压泵的排量及剪切油缸容积等因素，提出以下改进方案:(1)放弃原有的插装集成块式阀块结构，改用通用性较好且已经标准化、系列化的叠加式的液压阀块，避免复杂油道加工造成裂纹、击穿的可能性。通过对工作节拍、液压泵的排量、及剪切油缸容积等因素的综合考虑，选用10通径的液压阀块。(2)剪切角调整、剪切动作及压脚动作采用单独控制方式，避免了各油路动作的干扰情况。考虑到剪切角不需要经常调整，为了避免因剪切角换向阀有內泄造成剪切角的变化，在剪切角调整管路上加装了高压球阀，剪切角调整完成后关闭高压球阀，以此避免管路內泄和误操作的发生。
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3螺栓+螺钉强度要求
在液压缸的设计和制造过程中，对于产品中所选择使用的螺栓/螺钉，都有严格的强度要求，而针对螺栓/螺钉的机械或物理性能表征，国家标准GB/T3098．1－2010规定了抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、端面收缩率、维氏硬度、布氏硬度、洛氏硬度、破坏扭矩等18项性能指标，并针对每个性能指标做了说明。而在这些性能指标中，能直接反映机械强度，并且较为方便进行检测试验的就是进行拉伸试验，从而验证产品的机械强度(抗拉强度、屈服强度等)。如8．8级螺栓，对应的强度要求:抗拉强度≥800MPa，屈服强度≥640MPa。
4焦点位置偏斜的几种原因及对策措施
通过对焊机焊接过程及拼缝对中原理的了解和在实际生产过程中遇到的实际问题，在以下几种情况下激光焊机焦点位置容易发生偏斜。
3.1双切剪安装后拼缝基准位置不良
更换双切剪后，若没有对拼缝位置进行校准或校准不良而直接进行生产，激光焊机则无法知晓带头、带尾的精确位置从而不能保证拼缝处于激光焦点行进的轨迹上，造成焦点位置偏。拼缝位置的校准包含两个方面：拼缝间隙的校准、拼缝中心的校准。
3.1.1拼缝间隙的校准
带钢头尾剪切后按设定的间隙值L进行拼缝，用塞塞尺的方法检测间隙值，若操作侧间隙值为L1，传动侧间隙为L2，则需要在焊机剪刀调整界面进行补偿，补偿量为：操作侧L-L1，传动侧为L-L2。补偿完毕后再重新设定值进行一次检测，实际值与设定值不超过0.02mm即可认为合格。
3.1.2拼缝中心的校准
带钢头尾剪切后按设定的拼缝中心位置驱动推进油缸进行拼缝，采用激光打点或段焊的方法测量操作侧拼缝中心与激光焦点的距离L1、传动侧拼缝中心与激光焦点的距离L2，则需要在焊机剪刀调整界面进行补偿，补偿量为：操作侧（-1）nL1（拼缝中心相对焦点位置偏出口n取值1，拼缝中心相对焦点位置偏入口n取值0），传动侧（-1）nL2（拼缝中心相对焦点位置偏出口n取值1，拼缝中心相对焦点位置偏入口n取值0）。
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通过以上分析，对于双切剪安装后拼缝基准位置不良可以通过重新校准拼缝间隙和拼缝中心的方法解决。
3.2双切剪过度磨损导致剪切位置发生变化
双切剪在使用一段时间后，由于剪刃磨损，带头带尾的剪切位置会发生微量变动，影响焊接质量。解决措施：（1）更换双切剪。（2）临时可重新校准拼缝间隙和拼缝中心以适应剪刀磨损的情况。
3.3焊接小车行走过程中发生偏斜
焊接小车在轨道上行走，若行走过程中发生偏斜则安装于其上的激光源也将发生偏斜。焊接小车行走的直线度由轨道精度和小车上的侧导轮共同保证，通常情况下轨道精度在很长一段时间内不会发生变化，需要我们特别关注侧导轮的工作情况。解决措施：（1）周期性对侧导轮进行检查，小车行走时侧导轮应运转灵活，无不转或卡滞情况。（2）周期检测小车行走的直线度，根据经验该值应小于0.02mm/m，否则容易出现焦点偏斜带来断带风险。
3.4焊接时激光谐振器未完全落位
为消除剪切振动对激光谐振器的影响，有四个气囊安装于谐振器的底座之上，在带头尾剪切时气囊顶起，保护谐振器；在焊接时气囊落下，谐振器下落到位，激光稳定射出焊接带钢。若谐振器还未完全下落到位，激光就射出进行焊接则会导致最初的一段焊缝焦点位置发生偏移。解决措施：检查气囊气动系统，消除由于管路或阀门堵塞造成的回流不畅情况。
3.5焊接导向系统刚性不良
焊接时焊机上导向轮由比例液压系统驱动压下压紧带钢，同时连接在导向机构上的外光路二级反射镜和聚焦镜随之一同移动。若导向系统刚性不良，则在较大的导向轮压力作用下导向机构会存在微小的偏转，从而引起二级反射镜和聚焦镜一同偏转，激光焦点位置发生偏移。解决措施：（1）优化焊机导向机构相关参数（提高导向杆与导向套配合精度等级），制作零部件，提高系统刚度。（2）减小焊机导向轮压力，一般在原焊接参数基础上以5%的倍数逐步调整（若板型良好，最低可调至0），同时观察焦点的偏移情况，通常情况下会有明显好转。
结束语：冶金装备中高频次大载荷设施的紧固件存在疲劳失效的潜在风险，校核运行参数设置合理的安全系数是确保稳定运行的前提条件。2)及时有效辨识存在疲劳失效工况的设备，制定静态和动态点检标准，是防止突发设备事故的必要手段。
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