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摘要：在板坯连铸生产中，中包车机械手起者起着连接盛钢包与中间包的重要作用，但在实际工作中因为所受载荷应力大且液压系统常常出现问题，严重影响了正常生产，使钢水的质量无法的得到保障。基于这种情况，本文深入分析了连铸中包车机械手的故障原因与改进措施。实践证明，有效采纳改进措施，可有效降低机械手的故障率，节约维修成本，提高工作效率。
关键词：中包车机械手;故障分析;改进措施
前言
钢水经过繁琐的提炼处理后，可以达到很高的纯度，但是在钢水从钢包浇注中间罐的过程时，一旦与空气中的氧气接触，钢水的质量将大幅受损，铸出的钢胚会出现各种各样的问题。为了防止钢水的氧化，采用中包车机械手将钢包的滑动水口与中间包用长水口连接起来。对于用于易吸入空气的连接处，选用无色无味的惰性气体氩来密封。但在实际工作中，常因机械手磨损问题和液压系统故障导致钢包下水口与长水口无法紧密连接，进而影响钢水质量。深入分析机械手的故障原因后，现提出行之有效的改进措施。
一、什么是中包车机械手
中包车机械手是位于结晶器上方，钢包回转台下方的机液一体化设备。由涡轮减速机、升降液压缸、长水口套圈等机械零件构成，具有回旋转动、水平摆动、上下升降的功能。技术人员可操控中包车机械手上的长水口耐火套砖，与钢包回转台上的钢水罐滑动水口相连接，并通过液压系统调整紧固力使其紧固联接。钢水通过长水口不与空气接触直接中间包，为了保证密封效果，在长水口接头处机械手不断填充氩气，防止钢水产生氧化。因此，中包车机械手是连铸生产中确保钢坯质量，保护浇注的重要器械。
二、中包车机械手的故障分析
（一）机械手自身设计故障
1.设备处于重载高温的恶劣工作条件，且对联接紧定性能要求很高，但采用的螺栓联接可靠性并不高。机械手的双列圆柱滚子轴承通过螺栓固定在联接板上，使用过程中主要受到長水口耐火套砖处传来的轴向力，但在实际检修中，仅由六个直径为10毫米长度为70毫米的六角头螺栓联接手臂轴和联接板，螺栓常常出现松脱和折断现象，使联接板与手臂轴联接失效，进而影响手臂的回转功能。
2.因工作环境温差变化大导致螺栓产生疲劳松动。机械手在待机状态时，温度与室温没有过大差别，但在工作时的温度却高达100摄氏度，频繁的工况温度变化很容易引起螺栓预紧的失效。
3.机械手的套筒支承配合间隙难以控制。将手臂轴与套筒内孔的间隙调配合理后，又总因铜套磨损导致间隙变大，使得同轴性受损，进而降低对中性，产生额外的附加应力，但若将间隙调小又会使得手臂回转功能受损。总而言之，就是间隙过大过小均会影响机械手的回转功能，为了保证其功能完好，必须频繁将机械手全部拆卸下机检修，大大影响工作效率。
（二）浇筑时液压方面故障
1.液压系统中的液压介质由于长期工作在高温的环境中，容易产生胶状物质变质，进而导致三通减压阀的压力受损，无法完成调整压力的工作任务。在浇注过程除了环境温度高，减压阀还受到较大的载荷，一旦导致油缸无杆腔失压，机械手就会出现下滑，相应的长水口就会脱开，钢水浇注直接敞开，严重影响钢水的质量，被迫断浇[1]。
2.液压缸因受到巨大的载荷，出现泄漏现象，降低长水口联接处的紧固力，进而机械手出现下滑，此外长水口上偏或粘钢也有导致机械手下滑的可能。
3、中包车机械手改进措施分析
（1）做好下线检修，防止摩擦影响机械工作
其一、每次检修时在更换定位联接板之余，可将联接联接板与手臂的普通平键更换为钩头楔形键，钩头楔形键除了具有周向定位的作用还有轴向定位的功效。还应将螺栓更换为质量等级更高的高强螺栓，为了防止松脱，在预紧后可采用点焊防松，机械防松可有效解决螺栓的松脱问题。
其二、对于手臂支承铜套配合间隙的问题，可以改变手臂的支承方式，弃用铜套选用双列圆柱滚子轴承。采用这种方法，将原有的滑动摩擦转变为滚动摩擦，摩擦力矩大为减小，而机械手臂回转的主要应力就是轴承的摩擦力矩，故机械手臂的转动功能可大幅提升。由公式：摩擦力矩M等于摩擦系数μ乘以等效轴承动负荷P乘以轴承内直径d，和力矩平衡公式，可计算出在实际工作中滚动轴承相比滑动轴承可减小摩擦力矩M达8牛米[2]。
具体来说，就是用钩头楔形键替换掉原来的平键，然后通过机械防松点焊的方式，破坏紧固螺栓的连接螺旋副，从而将螺栓连接的可靠性提高。之后，重新设计机械手支承铜套，根据双列圆柱滚子轴承的结构特点，适当的调整轴承座，最后再进行一些细节上优化匹配。
（二）优化液压阀设计，减少下滑事故发生
机械手为了能够保证时刻与钢包滑动水口紧密相连，机械手油缸在长水口密封处的极限支承力FN就必须足够的大，需得大于长水口压紧力F1、钢水在水口的静压力F2、钢水经过水口产生的摩擦力Ff以及机械手和钢包长水口在水口密封处的折算自重G之和。其中，压紧力F1为钢包长水口与钢包出钢口之间的密封压力，一般在5kN左右;静压力F2等于长水口碗部的水平截面积乘以压强;摩擦力Ff近似等于滞留在长水口内钢水的重力。按照该受力分析和其应具有使用性能，可对液压阀作以下优化：
首先，规定机械手液压缸每半年更换一次，在每次检修时，通过将机械手停在一固定位置十分钟来检查机械手是否出现失压。判断方法也很简单，就是观察机械手停靠位置有没有变动，若保持不变，则说明液压系统功能正常;若手臂下降，则需怀疑液压锁是否泄漏;若手臂上升，就得检查液压缸是否內泄，根据情况及时更换液压锁或液压缸。
其次，由于三通减压阀抗污染能能力不足，且造价较高，可选择增加过渡板的方式将直通式减压阀装配到液压系统中，取代原来的三通减压阀，直通式减压阀可有效降低机械手减压阀的故障率。
再次，为了避免压力瞬间降低出现机械手下滑的现象，可在减压阀出口位置增设一个蓄能器，起到稳定油压并在出现故障时实现暂时供油的作用，以此使得液压系统的可靠性得到提高。
最后，在机械手上安装一个压力检测传感器，将手臂上受到的压力实时的传送到控制中心，在电脑上绘制成压力曲线图以便检测，当压力变化时可以及时的调整减压阀压力。而且将实时数据记录下来，也方便以后复盘分析，可以更方便的找到故障原因。
结束语
机械手在设计之时应该注意到在能完成工作任务的基础上，应尽可能的保证设备的可靠性，降低系统的磨损老化现象，提高机械手的使用寿命。改进后的系统，可靠稳定性大大提升，维护起来更加轻松方便。实践证明机械方面的改进使摩擦应力大幅下降，手臂回转困难的问题得到解决，机械手的灵活性大为提高;液压系统的调整，降低了制作成本，使液压系统供压更加稳定，机械手下滑现象得到改善。改进措施的有效施行使钢水浇注顺利，保证了生产的正常运作，使企业的经济效益得到明显的提升。
参考文献
[1]张栋，田万冬，秦大伟，窦锁民，刘向国.连铸中包车机械手故障分析与改进[J].鞍钢技术，2018（01）：53-56+60.
[2]胡小刚，夏飞，王文胜，袁坤，游桂良.钢包机械手液压系统故障分析和改进[J].中国设备工程，2019（09）：59-60.
南京钢铁股份有限公司 江苏 南京 210035
关键词：中包车机械手;故障分析;改进措施
前言
钢水经过繁琐的提炼处理后，可以达到很高的纯度，但是在钢水从钢包浇注中间罐的过程时，一旦与空气中的氧气接触，钢水的质量将大幅受损，铸出的钢胚会出现各种各样的问题。为了防止钢水的氧化，采用中包车机械手将钢包的滑动水口与中间包用长水口连接起来。对于用于易吸入空气的连接处，选用无色无味的惰性气体氩来密封。但在实际工作中，常因机械手磨损问题和液压系统故障导致钢包下水口与长水口无法紧密连接，进而影响钢水质量。深入分析机械手的故障原因后，现提出行之有效的改进措施。
一、什么是中包车机械手
中包车机械手是位于结晶器上方，钢包回转台下方的机液一体化设备。由涡轮减速机、升降液压缸、长水口套圈等机械零件构成，具有回旋转动、水平摆动、上下升降的功能。技术人员可操控中包车机械手上的长水口耐火套砖，与钢包回转台上的钢水罐滑动水口相连接，并通过液压系统调整紧固力使其紧固联接。钢水通过长水口不与空气接触直接中间包，为了保证密封效果，在长水口接头处机械手不断填充氩气，防止钢水产生氧化。因此，中包车机械手是连铸生产中确保钢坯质量，保护浇注的重要器械。
二、中包车机械手的故障分析
（一）机械手自身设计故障
1.设备处于重载高温的恶劣工作条件，且对联接紧定性能要求很高，但采用的螺栓联接可靠性并不高。机械手的双列圆柱滚子轴承通过螺栓固定在联接板上，使用过程中主要受到長水口耐火套砖处传来的轴向力，但在实际检修中，仅由六个直径为10毫米长度为70毫米的六角头螺栓联接手臂轴和联接板，螺栓常常出现松脱和折断现象，使联接板与手臂轴联接失效，进而影响手臂的回转功能。
2.因工作环境温差变化大导致螺栓产生疲劳松动。机械手在待机状态时，温度与室温没有过大差别，但在工作时的温度却高达100摄氏度，频繁的工况温度变化很容易引起螺栓预紧的失效。
3.机械手的套筒支承配合间隙难以控制。将手臂轴与套筒内孔的间隙调配合理后，又总因铜套磨损导致间隙变大，使得同轴性受损，进而降低对中性，产生额外的附加应力，但若将间隙调小又会使得手臂回转功能受损。总而言之，就是间隙过大过小均会影响机械手的回转功能，为了保证其功能完好，必须频繁将机械手全部拆卸下机检修，大大影响工作效率。
（二）浇筑时液压方面故障
1.液压系统中的液压介质由于长期工作在高温的环境中，容易产生胶状物质变质，进而导致三通减压阀的压力受损，无法完成调整压力的工作任务。在浇注过程除了环境温度高，减压阀还受到较大的载荷，一旦导致油缸无杆腔失压，机械手就会出现下滑，相应的长水口就会脱开，钢水浇注直接敞开，严重影响钢水的质量，被迫断浇[1]。
2.液压缸因受到巨大的载荷，出现泄漏现象，降低长水口联接处的紧固力，进而机械手出现下滑，此外长水口上偏或粘钢也有导致机械手下滑的可能。
3、中包车机械手改进措施分析
（1）做好下线检修，防止摩擦影响机械工作
其一、每次检修时在更换定位联接板之余，可将联接联接板与手臂的普通平键更换为钩头楔形键，钩头楔形键除了具有周向定位的作用还有轴向定位的功效。还应将螺栓更换为质量等级更高的高强螺栓，为了防止松脱，在预紧后可采用点焊防松，机械防松可有效解决螺栓的松脱问题。
其二、对于手臂支承铜套配合间隙的问题，可以改变手臂的支承方式，弃用铜套选用双列圆柱滚子轴承。采用这种方法，将原有的滑动摩擦转变为滚动摩擦，摩擦力矩大为减小，而机械手臂回转的主要应力就是轴承的摩擦力矩，故机械手臂的转动功能可大幅提升。由公式：摩擦力矩M等于摩擦系数μ乘以等效轴承动负荷P乘以轴承内直径d，和力矩平衡公式，可计算出在实际工作中滚动轴承相比滑动轴承可减小摩擦力矩M达8牛米[2]。
具体来说，就是用钩头楔形键替换掉原来的平键，然后通过机械防松点焊的方式，破坏紧固螺栓的连接螺旋副，从而将螺栓连接的可靠性提高。之后，重新设计机械手支承铜套，根据双列圆柱滚子轴承的结构特点，适当的调整轴承座，最后再进行一些细节上优化匹配。
（二）优化液压阀设计，减少下滑事故发生
机械手为了能够保证时刻与钢包滑动水口紧密相连，机械手油缸在长水口密封处的极限支承力FN就必须足够的大，需得大于长水口压紧力F1、钢水在水口的静压力F2、钢水经过水口产生的摩擦力Ff以及机械手和钢包长水口在水口密封处的折算自重G之和。其中，压紧力F1为钢包长水口与钢包出钢口之间的密封压力，一般在5kN左右;静压力F2等于长水口碗部的水平截面积乘以压强;摩擦力Ff近似等于滞留在长水口内钢水的重力。按照该受力分析和其应具有使用性能，可对液压阀作以下优化：
首先，规定机械手液压缸每半年更换一次，在每次检修时，通过将机械手停在一固定位置十分钟来检查机械手是否出现失压。判断方法也很简单，就是观察机械手停靠位置有没有变动，若保持不变，则说明液压系统功能正常;若手臂下降，则需怀疑液压锁是否泄漏;若手臂上升，就得检查液压缸是否內泄，根据情况及时更换液压锁或液压缸。
其次，由于三通减压阀抗污染能能力不足，且造价较高，可选择增加过渡板的方式将直通式减压阀装配到液压系统中，取代原来的三通减压阀，直通式减压阀可有效降低机械手减压阀的故障率。
再次，为了避免压力瞬间降低出现机械手下滑的现象，可在减压阀出口位置增设一个蓄能器，起到稳定油压并在出现故障时实现暂时供油的作用，以此使得液压系统的可靠性得到提高。
最后，在机械手上安装一个压力检测传感器，将手臂上受到的压力实时的传送到控制中心，在电脑上绘制成压力曲线图以便检测，当压力变化时可以及时的调整减压阀压力。而且将实时数据记录下来，也方便以后复盘分析，可以更方便的找到故障原因。
结束语
机械手在设计之时应该注意到在能完成工作任务的基础上，应尽可能的保证设备的可靠性，降低系统的磨损老化现象，提高机械手的使用寿命。改进后的系统，可靠稳定性大大提升，维护起来更加轻松方便。实践证明机械方面的改进使摩擦应力大幅下降，手臂回转困难的问题得到解决，机械手的灵活性大为提高;液压系统的调整，降低了制作成本，使液压系统供压更加稳定，机械手下滑现象得到改善。改进措施的有效施行使钢水浇注顺利，保证了生产的正常运作，使企业的经济效益得到明显的提升。
参考文献
[1]张栋，田万冬，秦大伟，窦锁民，刘向国.连铸中包车机械手故障分析与改进[J].鞍钢技术，2018（01）：53-56+60.
[2]胡小刚，夏飞，王文胜，袁坤，游桂良.钢包机械手液压系统故障分析和改进[J].中国设备工程，2019（09）：59-60.
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