高線減定徑機潤滑系統(tǒng)進水原因分析及改進措施

張本練，劉朝彤

馬鋼特鋼公司高線點檢室 安徽馬鞍山 243000)

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高線減定徑機潤滑系統(tǒng)進水原因分析及改進措施

張本練，劉朝彤

馬鋼特鋼公司高線點檢室 安徽馬鞍山 243000)

針對世界一流高速線材軋機核心設(shè)備——減定徑機,投產(chǎn)后存在的潤滑系統(tǒng)進水問題，利用不同的方法進行了分析，并找出了潤滑系統(tǒng)進水的原因，提出具體的處理方案和改造措施。

減定徑機；雙唇密封；密封座；持續(xù)改進

2003年馬鋼引進德國西馬克公司最新一代線材軋機-減定徑機，2014年線材生產(chǎn)線經(jīng)過改造，使馬鋼高線改造成為國內(nèi)第一、世界一流的高速線材軋機。減定徑機軋輥箱的軋輥軸采用了高速油膜軸承，其線速度已達到110 m/s-120 m/s，代表這行業(yè)中先進水平。軋棍箱內(nèi)部與外界采用了雙唇密封安裝在密封座上進行隔離。雙唇密封具有兩方面的作用：密封軋棍箱內(nèi)的潤滑油，保證潤滑油不外泄，密封外界的冷卻水、軋制油、鐵屑、灰塵等雜物，防止?jié)B入軋棍箱軸承腔內(nèi)，維持軸承的正常運轉(zhuǎn)。如果密封失效，會導(dǎo)致外界冷卻水、乳化液、鐵屑等雜質(zhì)侵入軸承，造成軋棍箱、系統(tǒng)內(nèi)潤滑油污染、老化及大量油品、濾芯的消耗浪費，甚至造成軋棍箱、傘齒輪箱軸承損壞，出現(xiàn)停機事故，影響生產(chǎn)，經(jīng)濟損失巨大。

1 雙唇密封與八字板工作原理

軋機工作時，拋油環(huán)隨軋輥軸同步高速旋轉(zhuǎn)，與雙唇密封的二個密封唇產(chǎn)生相對旋轉(zhuǎn)運動。密封效應(yīng)來自二個方面：其一，密封唇的接觸應(yīng)力，密封唇與拋油環(huán)在軸向有壓縮，唇口向內(nèi)收縮形成過盈量，唇口邊緣產(chǎn)生壓應(yīng)力，起到密封作用。其二，密封件封油側(cè)唇口的甩油效應(yīng)，將唇部邊緣的油液高速甩出，使之回到軋輥箱，避免在密封件唇部的大量聚積。同理，封水側(cè)唇口的甩水效應(yīng),使軸封水高速甩出到拋油環(huán)外，圖一：雙唇密封的裝置圖。

圖1 雙唇密封裝置圖

2 主要存在的問題

自2014年設(shè)備改造以來，減定徑機潤滑系統(tǒng)進水情況十分嚴重，突發(fā)性大量進水事件平均每月至少發(fā)生二次以上，曾經(jīng)發(fā)生過一個月燒毀五臺軋棍箱的現(xiàn)象。具體表現(xiàn)為潤滑系統(tǒng)一級、二級、三級濾芯堵塞嚴重，油箱液位上升，在過濾器底部有大量的氧化鐵皮和水分。現(xiàn)場缺乏必要的自動檢測手段，當某一臺軋機的雙唇密封或八字板(密封座)有問題，處理的辦法就是將所有軋輥箱的雙唇密封或密封座更換一遍，雙唇密封、密封座、清洗劑等相關(guān)聯(lián)備件、材料消耗成本均居高不下，2014年3月-7月消耗具體列表如下：

2014年3～7月份材料備件消耗表(部分)

2.1 雙唇密封原因分析

(1)軋機超高速運轉(zhuǎn)，密封件唇口與拋油環(huán)摩擦磨損大；

(2)唇口部位的摩擦熱難于及時排出，唇口溫度高于系統(tǒng)溫度，以及介質(zhì)溶脹，唇口易于老化、龜裂、變形；

(3) 高溫鋼坯產(chǎn)生的輻射熱，以及灰塵、氧化鐵屑等對密封件帶來不利影響；

(4) 封水側(cè)唇封潤滑性能差，軸封水時有時無，封水側(cè)唇口干磨擦，密封失效；

(5) 雙唇密封形狀較為復(fù)雜，屬于異型、薄壁橡膠件，多種因素影響收縮率，導(dǎo)致收縮率和產(chǎn)品尺寸不穩(wěn)定。產(chǎn)品斷面尺寸偏差0.05mm，徑向尺寸偏差1mm，就會造成產(chǎn)品裝配困難或裝配損壞；圖2：雙唇密封斷面圖

(6)西馬克進口雙唇密封采用材料的是丁晴橡膠(NBR),而丁晴橡膠適用的溫度：-40 ℃～120 ℃,不適合用于高溫、磷酸脂系列液壓油及含極壓性添加劑的齒輪油。據(jù)統(tǒng)計，采用丁晴橡膠(NBR)生產(chǎn)的雙唇密封使用周期約24個班左右。見圖3，封水側(cè)缺少潤滑損壞的雙唇密封。

2.2 密封座原因分析

圖2 雙唇密封斷面圖(圖一中序號5)

圖3 封水側(cè)缺少潤滑損壞的雙唇密封

圖4 軋輥箱裝配圖

從軋棍箱裝配圖4中可以看出，密封座(紅色填充部分)的作用非常大，尺寸稍有偏差潤滑系統(tǒng)就會造成大量進水。

其一，軋棍軸的等高對于雙唇密封的定位起著關(guān)鍵性的作用(與雙唇密封配合的是上、下拋油環(huán)，上、下拋油環(huán)的高度由軋棍軸的軸肩決定)，由于八字板的高度恒定(8 mm±0.1)，所以軋棍軸的等高調(diào)整非常重要(設(shè)計方要求兩軋棍軸與面板之間的高度差為7 mm正負0.0025 mm)；

其二，密封座的厚度(密封件定位的高度)有非常嚴格的要求,允許偏差±0.05 mm；

其三，密封座表面與軋件的最小距離約為10mm左右，軋件在高速通過密封座時，氧化鐵皮、輥環(huán)冷卻水、導(dǎo)衛(wèi)輥高速旋轉(zhuǎn)帶出的水都對密封座中部產(chǎn)生沖刷，在密封座中部形成凹坑(見SMS密封座示意圖中藍色填充)。在造成密封座凹坑的同時，(軸封水壓力為0.9bar，輥環(huán)冷卻水壓力為6bar)，輥環(huán)冷卻水順著凹坑沖進拋油環(huán)內(nèi)部也帶入了氧化鐵皮，使雙唇密封上唇口失去作用。SMS密封座示意圖(圖1中序號3)

其四，密封座在形成凹槽以后，在平時的檢查過程中，由于密封座表面有上拋油環(huán)和輥環(huán)的遮蓋，無法及時發(fā)現(xiàn)，很容易造成潤滑系統(tǒng)大量進水和堵塞系統(tǒng)濾芯，且密封座無法修復(fù)而報廢，造成維修成本急劇上升。

3 處理及改造措施

3.1 雙唇密封材料

雙唇密封接觸的參數(shù)：(1)介質(zhì)：油膜軸承潤滑油(美孚525、533等)、水及外界氧化鐵屑；(2)轉(zhuǎn)速：唇口線速度90m/s(減徑定機)即轉(zhuǎn)速13000 rpm，線材線速度100 m/s；(3)油壓：0.3～0.4 MPa；(4)油溫：38～40℃，環(huán)境高溫輻射影響較大。 我們從介質(zhì)潤滑油美孚525、533來分析，潤滑油的本身含有磷酸脂系列或含極壓性添加劑，它們都對丁晴橡膠(NBR)產(chǎn)生一定的分解作用，使雙唇密封的使用壽命縮短。我們與廣州機械科學(xué)研究院密封研究所合作，采用以氫化丁晴橡膠(NBR)為主要原料，并在表面噴涂聚四氟乙烯(PTFE)，從材料上進行攻關(guān)。由于氫化丁晴橡膠(NBR)與聚四氟乙烯(PTFE)的耐高溫輻射性能好(-40°C～260℃)、耐多種油脂及化學(xué)介質(zhì)、自潤滑性能好、磨擦系數(shù)低、防粘滑性能好等優(yōu)點。實驗產(chǎn)品GY-S8″-7403872雙唇密封，在我們轉(zhuǎn)速最快的減定徑機8″軋棍箱26#上試用20天(60個班)無明顯異常，GY-S6″-7403871雙唇密封，在減定徑機27#上試用15天(45個班)無明顯異常。從更換雙唇密封基材和加工工藝產(chǎn)品的試用結(jié)果來看：使用周期、價格成本、庫存量等問題都得到了有效解決。

3.2 密封座的改造

由于密封座中部在冷卻水和氧化鐵皮的沖刷下，形成凹槽無法避免，那么如何延長形成凹槽的時間和修補凹槽以及保持內(nèi)孔精度，就成了解決密封座問題的關(guān)鍵。(該裝置正在申報專利，申請?zhí)? CN201510976472.5，所以只能簡單敘述)

3.2.1 密封座高度調(diào)整

由于軋制線的要求，外方要求在調(diào)整軋棍軸與面板之間的高度差為7 mm正負0.0025 mm，密封座表面與軋件的最小距離小于10 mm，導(dǎo)衛(wèi)輥高速旋轉(zhuǎn)帶出的水對密封座中部產(chǎn)生沖刷很容易形成凹坑，所以我們在調(diào)整軋棍軸高度時，首先保證兩軋棍軸之間的高度誤差小于0.0025 mm，軋棍軸與面板之間的高度以6.8 mm為基準正負0.001 mm來調(diào)整。這樣就能將輥環(huán)中心線抬高0.2 mm，軋件的進口導(dǎo)衛(wèi)隨之也抬高0.2 mm，減輕了導(dǎo)衛(wèi)輥對密封座中部的沖刷，密封座中部形成凹槽的時間大大延長。

3.2.2 密封座結(jié)構(gòu)的改造

原來密封座是一個整體，厚度為8 mm，采用2Cr13材料制造，普通的電焊和噴涂均會因熱變形、內(nèi)孔達不到雙唇密封安裝精度而報廢。

圖5 改造后密封座的裝配圖示意圖

從圖5改造后密封座的裝配圖中可以看出，我們在密封座上安裝了兩個可以更換的內(nèi)圈，一旦密封座中部形成凹槽或密封座磨損達不到安裝精度時，我們即更換內(nèi)圈就可以消除密封座缺陷，不僅修復(fù)了中部的凹槽，而且還延長了密封座的使用壽命。表1為2015年3至7月材料備件消耗列表：

從2014年3至7月材料備件消耗154.34萬元，到2015年同期材料備件消耗僅91.67萬元來看，改造取得了巨大的成功，達到了預(yù)期的效果。

表1 2015年3～7月份材料備件消耗表(部分)

4 結(jié)束語

造成潤滑系統(tǒng)進水原因很多，要準確判斷其故障原因，僅靠經(jīng)驗是遠遠不夠的，只有對設(shè)備運行狀態(tài)進行掌握，經(jīng)常性的對潤滑系統(tǒng)進水故障進行分析，及時找出存在故障的部位和原因，從而制定科學(xué)的檢修方案和合理的持續(xù)改進措施，才能以最低的設(shè)備維修投入取得最佳的經(jīng)濟效益。

[1] 成大先.機械設(shè)計5(潤滑與密封)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2011

[2] 趙如福.金屬機械加工[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2009

ReasonAnalysis and Improvement Measure Water Inflow of Mill Lubrication System of High Speed Wire Rod Reducing Sizing

ZHANG Ben-lian, LIU Chao-tong

his paper is about the world first class high speed wire rod key equipment, the reducing sizing mill. After putting into production, there are inflow problems with the lubrication system. Use different methods to analyze and find the reasons and put forward the methods and improvement measures.

reducing sizing mill；double lip seal；Seal seat： continuous improvement

2016-10-03

張本練(1969-)，男，馬鋼特鋼公司高線點檢室，工程技術(shù)人員。

TG333.6+2

B

1672-9994(2016)04-0023-04