軋機油氣潤滑供油系統(tǒng)改進(jìn)

周晟

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司冷軋總廠 安徽馬鞍山 243000）

1 前言

在軋鋼設(shè)備潤滑中，采用潤滑脂的作用除了可以起潤滑作用外，大部分是起密封作用的，防止雜質(zhì)進(jìn)入配合面造成更大磨損。潤滑脂在長期使用后或在高溫烘烤下會發(fā)生老化現(xiàn)象，潤滑性能逐漸下降，軸承的磨損也隨之增大。密封圈如果潤滑不良也會引起磨損，而且還會導(dǎo)致潤滑脂老化和運轉(zhuǎn)過程中的密封效果降低，造成軸承座被冷卻水或乳化液侵入，降低軸承使用壽命。潤滑脂還可能會從密封處被擠出掉落到鋼板表面，影響鋼板的表面質(zhì)量；同時冷卻水或乳化液會被掉落的潤滑脂污染，增加了廢水處理難度，乳化液也會受到嚴(yán)重影響。在軋機上采用油氣潤滑技術(shù)可以避免采用潤滑脂的不足之處，而且能夠達(dá)到較好的潤滑效果［1－2］。

油氣潤滑裝置的使用可以將軸承壽命提高到12個月以上，油耗非常小，潤滑油要求不高，所以油氣潤滑對于軋鋼設(shè)備是最經(jīng)濟(jì)有效的潤滑方式。油氣潤滑的應(yīng)用開始是從一些工況惡劣的場合，油氣潤滑在冶金設(shè)備上的使用主要是針對其它潤滑方式很難解決的問題，比如高速軋機的滾動導(dǎo)衛(wèi)易燒毀的問題。隨后逐步擴展到了其它領(lǐng)域，尤其適合工況惡劣的設(shè)備［3－5］。隨著鋼鐵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，軋機設(shè)備正向著高速、重載、高強度、高剛度和連軋化的方向迅速發(fā)展，因此對軋機軸承的潤滑最佳供油量以及系統(tǒng)的可靠性要求也越來越高［6－7］。

在達(dá)到潤滑的同時，解決所述問題而采用油氣潤滑系統(tǒng)對850熱連軋軋輥及輥道完成潤滑，主要介紹了系統(tǒng)原理以及供油系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計。

2 油氣潤滑系統(tǒng)原理

油氣潤滑系統(tǒng)原理如圖1所示。供油系統(tǒng)提供潤滑油到系統(tǒng)管路，潤滑油首先被油液分配器分配成若干部分后進(jìn)入混合器，空氣壓縮機將壓縮空氣輸入油氣混合器，在控制器的作用下與潤滑油混合，流動方式為紊流。進(jìn)入混合塊內(nèi)部的潤滑油在壓縮空氣的連續(xù)作用下通過管路進(jìn)入各個需要潤滑的模塊，然后進(jìn)入各級分配器，油氣被輸送到需要潤滑的軸承，最終在軸承上形成潤滑油膜，達(dá)到潤滑的目的［8］。

圖1 油氣潤滑系統(tǒng)示意圖

整個潤滑系統(tǒng)工作過程是將供油系統(tǒng)輸送的潤滑油和壓縮空氣進(jìn)行混合，使氣液兩相流形成湍流狀，再將油氣混合兩相流輸送至需要潤滑的部位［9］。氣液兩相流成型原理如圖2所示。

圖2 氣液兩相流成型示意圖

3 設(shè)備潤滑點分析

采用油氣潤滑的850熱連軋機軋輥及輥道，需要潤滑F(xiàn)2－F7六個軋機的軋輥和輸出輥道所有軋輥。其中每臺軋機有2個工作輥和2個支承輥，每個工作輥上裝有2個四列圓柱滾子軸承和2個雙列圓錐滾子軸承，每個支撐輥上又有2個四列圓柱滾子軸承和2個雙列圓錐滾子軸承，所以由此計算，軋機部分共有96個軸承需要潤滑。

軋機的每個軋輥軸承排列為兩側(cè)各有1個圓錐滾子軸承和1個圓柱滾子軸承，其中圓柱滾子軸承中每2個圓柱輥子采用一個潤滑點，圓錐滾子軸承中也是每2個圓錐滾子采用一個潤滑點，所以每個軋輥需要6個潤滑點，得知F2－F7六個軋機共需144個潤滑點。在帶材的輸出輥道，輥子數(shù)量為90，每個輥子需要2個軸承，整個輸出輥道共180個軸承，輸出輥道的所有軸承都需要潤滑，而且每個輥子需要2個潤滑點，由此可知輸出輥道共需180個潤滑點。

綜上，850熱連軋軋輥及輥道共有324個潤滑點，用于計算所需潤滑部件采用油氣潤滑時的軸承每小時的耗油量公式如下［10］。

式中：D—軸承外圈直徑，mm；

B—軸承的列寬，mm；

c—潤滑系數(shù)，取值0.00003～0.00005。

代入數(shù)據(jù)可得到此軋機的油氣潤滑系統(tǒng)需要潤滑油量約為0.489L／h。

4 供油系統(tǒng)分析

供油系統(tǒng)是油氣潤滑系統(tǒng)的重要部件之一，對潤滑油的供油量、溫度和粘度有著重大影響。所以在油氣潤滑系統(tǒng)的工作過程中，潤滑油供油系統(tǒng)的作用非常關(guān)鍵。油氣潤滑系統(tǒng)為了保證潤滑油的動力學(xué)粘度，必須控制潤滑油的油溫在20℃至40℃之間［11］。在冬季室溫不足15℃時，油氣潤滑系統(tǒng)供油泵站在開機運轉(zhuǎn)前需要對油箱油液進(jìn)行加熱和油溫控制，才能保證良好的潤滑效果。

某企業(yè)850軋機油氣潤滑系統(tǒng)的原供油系統(tǒng)如圖3，采用單泵供油，電機與液壓泵需要連續(xù)運轉(zhuǎn)供油，一旦潤滑油泵出現(xiàn)故障，則需要停產(chǎn)維修，而且泵出口過濾器一旦達(dá)到納垢容量，需要停機進(jìn)行清洗或更換濾芯，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。

圖3 原泵站系統(tǒng)原理

5 改進(jìn)設(shè)計

5.1 供油系統(tǒng)改進(jìn)

經(jīng)過分析，為了提高油氣潤滑供油系統(tǒng)的可靠性和節(jié)能減排，重新設(shè)計供油泵站系統(tǒng)，改進(jìn)后的泵站系統(tǒng)如圖4所示，油氣潤滑系統(tǒng)的耗油量很小，因此根據(jù)所需流量計算，油箱的有效容積選擇為180L。系統(tǒng)液壓泵采用一工一備方案，在一套裝備發(fā)生意外時，另一套裝備可即時啟用，不影響軋機的工作。

圖4 改進(jìn)的供油系統(tǒng)

此系統(tǒng)采用雙聯(lián)過濾器，通過二位三通換向閥可以實現(xiàn)自動切換，可以在清洗過濾器時不必停車，保證其可以連續(xù)工作。為了節(jié)能減排和提高液壓泵及電機壽命，增設(shè)了蓄能器，這樣泵可以采取間歇供油。

蓄能器可以對泵在短時間所提供的潤滑油進(jìn)行儲存，并在泵停歇的時間里緩慢的釋放潤滑油，可以保持系統(tǒng)的壓力在要求的工作范圍內(nèi)，切換動作由壓力繼電器進(jìn)行控制。由于系統(tǒng)的所需潤滑油量為0.489L／h，所以選取容積為2.5L的蓄能器，這樣可以實現(xiàn)在泵停歇約5小時內(nèi)系統(tǒng)能有持續(xù)的供油及穩(wěn)定的壓力。

5.2 集成塊設(shè)計

由于供油系統(tǒng)采用兩個泵供油，液壓元件較分散，為減少集成塊的數(shù)量和尺寸，將泵站系統(tǒng)集成為一閥塊。因為元件數(shù)量多，造成閥塊高度較高，不易在四角加螺釘固定，所以在底面加四螺紋孔，將閥固定在底板上，再將底板安裝再油箱上，這樣拆卸十分方便。在設(shè)計集成塊時，要避免集成塊上的液壓件互相干涉和影響安裝緊固程度，所以，要注意留夠液壓件間的間隙以及集成塊高度。

采用SolidWorks設(shè)計得出集成塊和裝配后實體模型如圖5所示，液壓元件以連接板為準(zhǔn)，孔道相通的液壓元件能布置在同一水平面或在直徑的范圍內(nèi)，可以避免垂直中間的軸孔加工。供油系統(tǒng)整體模型如圖6所示，為了防止機械振動傳給油箱和管路，泵裝置與外界的一切連接都該是彈性的，即泵的吸油管中裝設(shè)橡膠補償接管，出油管和泄油管中靠近泵的—段用軟管，泵與電動機組件的底座與箱頂或機架之間裝設(shè)橡膠減振器。繪制泵站、油箱、閥塊過程中采用軟件Solidworks進(jìn)行三維制圖轉(zhuǎn)化成CAD圖，此方法可以避免干涉以及二維圖空間投影的繁瑣。

圖5 集成塊及裝配三維模型

圖6 供油系統(tǒng)模型

6 結(jié)論

本文通過對油氣潤滑原理以及傳統(tǒng)泵站系統(tǒng)分析，提出了改進(jìn)的泵站系統(tǒng)，可以保證油氣潤滑的穩(wěn)定性。油氣潤滑系統(tǒng)供油泵站采用雙泵供油可以提高油氣潤滑供油系統(tǒng)的可靠性；雙泵供油和蓄能器間歇供油可以達(dá)到節(jié)能減排和提高泵和電機壽命，此套設(shè)計方案可以為其他設(shè)備油氣潤滑供油系統(tǒng)設(shè)計提供參考。