液壓泥炮的修復(fù)技術(shù)探討

邵琳，惠展，付光勇，張瑋斌

(1. 中鋼集團(tuán)西安重機(jī)有限公司，陜西 西安 710201； 2. 北京國(guó)冶銳誠(chéng)工程技術(shù)有限公司，北京 100080)

0 前言

液壓泥炮通過(guò)回轉(zhuǎn)油缸驅(qū)動(dòng)桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)打泥機(jī)構(gòu)在待機(jī)位置與工作位置之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)打泥油缸驅(qū)動(dòng)打泥活塞推動(dòng)泥缸中的炮泥實(shí)現(xiàn)堵口。液壓泥炮作為煉鐵高爐爐前主要設(shè)備之一，它的作用就是快速準(zhǔn)確堵塞出鐵口，使高爐迅速進(jìn)入下一循環(huán)作業(yè)。

液壓泥炮工作的安全可靠性是高爐穩(wěn)定運(yùn)行的重要條件，直接影響高爐的安全生產(chǎn)和作業(yè)效率，在生產(chǎn)過(guò)程中要對(duì)泥炮設(shè)備進(jìn)行定期維護(hù)，并且在設(shè)備使用一定的年限或是處于某些特殊狀態(tài)時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行必要的修復(fù)工作，以保證其實(shí)現(xiàn)基本功能的可靠性。

1 液壓泥炮的結(jié)構(gòu)組成

液壓泥炮主要由機(jī)械部分、液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。其中機(jī)械部分包括打泥機(jī)構(gòu)、吊掛機(jī)構(gòu)、控制連桿、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、底座，如圖1所示。

打泥機(jī)構(gòu)主要由炮嘴、泥缸、驅(qū)動(dòng)腔體、打泥油缸和行程指示器 組成。在打泥油缸的推力作用下，將泥缸中的炮泥壓入出鐵口，從而將出鐵口堵死。

吊掛結(jié)構(gòu)主要由鞍座、上蓋和緩沖器組成。連接打泥機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；實(shí)現(xiàn)炮嘴豎直方向的調(diào)整。

控制連桿控制打泥機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)軌跡，實(shí)現(xiàn)炮嘴水平方向位置的調(diào)整。

回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過(guò)回轉(zhuǎn)油缸驅(qū)動(dòng)桿機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)打泥機(jī)構(gòu)由待機(jī)位到工作位之間的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

圖1 液壓泥炮

2 使用過(guò)程中存在的主要問(wèn)題

打泥機(jī)構(gòu)在使用一段時(shí)間后，常見問(wèn)題包括泥缸的磨損或拉傷；泥塞和刮泥環(huán)的磨損，由于返泥等原因引起的打泥油缸在運(yùn)行過(guò)程中阻力增加，最終導(dǎo)致打泥油缸的損傷和泄漏；后端蓋鍵槽連接處出現(xiàn)裂紋。

吊掛機(jī)構(gòu)在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)因沖擊過(guò)大引起的上蓋與鞍座把合松動(dòng)；使用一段時(shí)間后與打泥機(jī)構(gòu)耳軸連接處的軸承孔磨損，緩沖器失效。

控制連桿使用過(guò)程中因反復(fù)沖擊致碟簧失效，非正常使用導(dǎo)致的銷軸損傷。回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的各鉸接點(diǎn)襯套磨損，降低桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，影響炮嘴堵口，導(dǎo)致出現(xiàn)漏泥的情況；回轉(zhuǎn)油缸銷軸銅套的磨損，使活塞桿與缸筒由于受力產(chǎn)生不同心，在運(yùn)行過(guò)程中損壞密封件和拉傷活塞桿，導(dǎo)致油缸漏油。

3 結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案

3.1 打泥機(jī)構(gòu)的改進(jìn)

(1)某打泥油缸改進(jìn)后活塞桿密封結(jié)構(gòu)形式如圖2所示。

圖2 打泥油缸活塞桿密封結(jié)構(gòu)形式圖

油缸底中裝有過(guò)盈配合的銅套，對(duì)活塞桿起到導(dǎo)向和支撐作用，壓蓋與缸底連接形式采用止口定位螺栓連接的方式，同時(shí)在壓蓋與缸底間通過(guò)調(diào)整墊片組，調(diào)整V形組合密封的壓縮量。油缸底/壓蓋組件通過(guò)半環(huán)與缸體定位連接。

在拆解過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，部分打泥油缸中壓蓋止口尺寸受結(jié)構(gòu)形式限制，如圖2a所示，壓蓋與油缸底止口接觸長(zhǎng)度過(guò)小，容易造成油缸外泄。因此，在修復(fù)過(guò)程中，對(duì)油缸底和半環(huán)進(jìn)行改造，并重新制作壓蓋，如圖2b所示，壓蓋中也增加過(guò)盈配合的銅套，增加了導(dǎo)向套的相對(duì)長(zhǎng)度，提高了V形組合密封支撐環(huán)的支撐力，使V形組合密封更有效的工作。

(2)原結(jié)構(gòu)打泥活塞采用打泥活塞與打泥油缸缸體螺栓連接形式，打泥活塞中的前、后活塞環(huán)和活塞套徑向厚度取決于泥缸缸徑的大小，以泥缸缸徑Φ560 mm為例，按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)公式計(jì)算，前后活塞環(huán)徑向厚度要求為19～37 mm，結(jié)合載荷及使用要求，一般取值為28～32 mm。

為了提高打泥活塞使用壽命，對(duì)原有打泥活塞尺寸及其連接方式進(jìn)行改進(jìn)，如圖3b所示，在打泥油缸缸體與打泥活塞之間增加一連接件，該連接件與油缸采用螺釘固定，打泥活塞與連接件通過(guò)螺釘連接，連接尺寸根據(jù)泥缸及打泥油缸尺寸計(jì)算確定。為了防止橫向失穩(wěn)，安裝在活塞套上的前后活塞內(nèi)孔與活塞套外圓留有一定間隙，其數(shù)值取為活塞環(huán)孔徑的2%左右。

圖3 打泥活塞結(jié)構(gòu)

(3)打泥機(jī)構(gòu)后端蓋與打泥油缸活塞桿采用鍵槽連接形式，以防止打泥過(guò)程中打泥油缸在驅(qū)動(dòng)腔體中往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的同時(shí)發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。拆解修復(fù)中發(fā)現(xiàn)，后端蓋鍵槽沿內(nèi)倒角方向，中經(jīng)常出現(xiàn)裂紋，如圖4a所示中A標(biāo)識(shí)處，修復(fù)時(shí)必須對(duì)其進(jìn)行更換。

圖4 后端蓋

新制后端蓋時(shí)，將后端蓋處的鍵槽兩端加工為如圖4b所示的封閉形式，改變使用過(guò)程中后端蓋鍵槽處的受力狀態(tài)，改善使用效果。

3.2 吊掛機(jī)構(gòu)

(1)原設(shè)計(jì)中，上蓋與鞍座之間僅通過(guò)螺栓連接，如圖5a所示。在泥炮運(yùn)行的過(guò)程中，上蓋因連接控制連桿和緩沖器而承受一定的沖擊力，以致螺栓在使用過(guò)程中容易出現(xiàn)松動(dòng)和斷裂。在產(chǎn)品修復(fù)的過(guò)程中對(duì)其改進(jìn)，在鞍座頂端增加固定螺柱，與上蓋裝配后，在使用原設(shè)計(jì)的螺栓把合固定外，增加螺母鎖緊，加固上蓋與鞍座的裝配關(guān)系，如圖5b所示。

(2)如圖5b所示中，標(biāo)注ΦD的孔與打泥機(jī)構(gòu)耳軸連接，并且在回轉(zhuǎn)過(guò)程中與耳軸有一定的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，因此經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用，該孔會(huì)出現(xiàn)磨損。修復(fù)時(shí)，分別將鞍座和軸承蓋的連接端面銑去一定加工量，一般為2～4 mm，并重新把合后加工ΦD孔到要求尺寸。該修復(fù)方法在鞍座修復(fù)過(guò)程中可反復(fù)多次使用，軸承蓋考慮到強(qiáng)度因素，使用該法修復(fù)2～3次后需新制。

圖5 吊掛機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

3.3 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的修復(fù)主要包括受力桿件和回轉(zhuǎn)油缸的修復(fù)。桿機(jī)構(gòu)的修復(fù)一般是對(duì)機(jī)構(gòu)中各桿件的變形和磨損情況，根據(jù)具體檢測(cè)結(jié)果確定修復(fù)工藝。

在回轉(zhuǎn)油缸的修復(fù)過(guò)程中，功能修復(fù)的同時(shí)進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)。

圖6a所示為某回轉(zhuǎn)油缸活塞桿密封形式，該結(jié)構(gòu)形式主要存在缺點(diǎn)，首先，靜密封需求較多，則泄漏點(diǎn)多；其次，缸體與缸蓋的裝配裝配方式，使其兩者的加工復(fù)雜且操作難度大。

改進(jìn)后結(jié)構(gòu)如圖6b所示，改進(jìn)后結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靜密封設(shè)置較少，減少了泄漏點(diǎn)；改變了缸體與缸蓋的裝配連接方式，簡(jiǎn)化了兩者的加工操作難度；結(jié)構(gòu)形式的改進(jìn)，方便了裝配時(shí)V形組合密封壓量的調(diào)整操作，減小了把合螺栓的長(zhǎng)度，增加了導(dǎo)向銅套的相對(duì)長(zhǎng)度，提高了油缸運(yùn)行過(guò)程的穩(wěn)定性，同時(shí)降低了生產(chǎn)成本。

圖6 回轉(zhuǎn)油缸活塞桿密封簡(jiǎn)圖

4 關(guān)鍵件修復(fù)

液壓泥炮的修復(fù)主要是通過(guò)工藝方法修復(fù)磨損或變形的機(jī)構(gòu)桿件來(lái)恢復(fù)產(chǎn)品的基本使用性能，故而結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵件修復(fù)為關(guān)注的重點(diǎn)。

泥缸、打泥油缸和回轉(zhuǎn)油缸的修復(fù)為泥炮修復(fù)的關(guān)鍵。

(1)泥缸修復(fù)。確認(rèn)泥缸內(nèi)孔，判斷泥缸內(nèi)孔屬于鍍鉻處理或是氮化處理。一般情況下，當(dāng)損傷僅為表面輕微劃痕時(shí)，對(duì)于鍍鉻處理的泥缸則進(jìn)行退鉻-珩磨-鍍鉻-拋光處理；對(duì)于氮化處理的泥缸則進(jìn)行內(nèi)孔珩磨處理；當(dāng)損傷僅為局部線狀拉傷時(shí)，可通過(guò)補(bǔ)焊局部拉傷部位后，精車內(nèi)孔進(jìn)行修復(fù)；當(dāng)損傷呈連續(xù)大面積拉傷時(shí)，則進(jìn)行擴(kuò)孔處理，配作打泥活塞。在對(duì)泥缸進(jìn)行擴(kuò)孔處理時(shí)，需注意泥缸壁厚的確定，保證其強(qiáng)度。以300 t泥炮為例，泥缸材質(zhì)為ZG35CrMo，經(jīng)過(guò)計(jì)算，泥缸的厚度需保證在≥30 mm，綜合考慮兩端連接止口和泥塞等相關(guān)件的裝配關(guān)系，泥缸的內(nèi)孔尺寸控制在ΦD+10 mm范圍內(nèi)比較合理。

(2)油缸修復(fù)與改進(jìn)。打泥油缸的修復(fù)主要包括缸體、活塞桿和各密封接觸面的修復(fù)和改進(jìn)。

缸體修復(fù)時(shí)首先檢查缸體，結(jié)合內(nèi)孔表面損傷情況確定修復(fù)方案。輕微可見劃痕進(jìn)行珩磨處理后通過(guò)鍍鉻處理進(jìn)行尺寸補(bǔ)償，以達(dá)到配合公差要求，鍍鉻工藝可實(shí)現(xiàn)0.15～0.2 mm的鍍層厚度；局部線狀拉傷，可進(jìn)行補(bǔ)焊修復(fù)。焊接前將焊接處清理干凈，選用合適的焊條，對(duì)本體進(jìn)行焊前預(yù)熱，根據(jù)焊點(diǎn)大小，調(diào)節(jié)焊接電流。焊接完成后補(bǔ)焊處先鉗工配研，再機(jī)床珩磨內(nèi)孔，完成缸體修復(fù)。

活塞桿修復(fù)與缸體修復(fù)技術(shù)方案基本類似，只是活塞桿修復(fù)時(shí)，在外圓損傷嚴(yán)重或損傷面積較大時(shí)，可以通過(guò)減小桿徑尺寸進(jìn)行修復(fù)，桿徑的最小尺寸根據(jù)油缸打泥回退速度核算最小值。

設(shè)備在使用中由于靜密封失效而導(dǎo)致油缸泄露的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，經(jīng)拆解發(fā)現(xiàn)泄露是由于靜密封圈的損壞，損壞特征主要是密封圈逐層剝落，故在修復(fù)的過(guò)程對(duì)原有溝槽進(jìn)行加寬，在O形密封圈的承壓面增加擋圈，防止O形密封圈發(fā)生間隙咬傷，提高靜密封承壓能力，同時(shí)還有助于O形密封圈保持良好的潤(rùn)滑，有效地解決了靜密封損傷泄露問(wèn)題。

5 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證通過(guò)功能修復(fù)，液壓泥炮整機(jī)完全可以達(dá)到或接近新品的功能要求。通過(guò)有針對(duì)的優(yōu)化改進(jìn)，進(jìn)一步提高了零部件的可靠性，有效地延長(zhǎng)了其使用壽命。

良好的潤(rùn)滑和油品的清潔是保證設(shè)備使用壽命的關(guān)鍵，可以大幅度的提高設(shè)備各部件的可靠性和使用周期，降低設(shè)備故障率，且有益于設(shè)備的修復(fù)。