技術(shù)改進(jìn)的密封端蓋對(duì)線(xiàn)軋機(jī)工作性能的提升

朱 杰

（中國(guó)寶武太鋼集團(tuán)不銹冷軋廠(chǎng)，山西 太原 030003）

1 存在的問(wèn)題

在工作運(yùn)行中，2 號(hào)RAP 線(xiàn)軋機(jī)的工作輥提升臂液壓缸經(jīng)常發(fā)生泄漏、噴射液壓油的故障，從而造成故障停車(chē)和質(zhì)量卷。發(fā)生這些問(wèn)題的原因是，液壓缸端蓋密封長(zhǎng)期受乳液腐蝕，容易僵化、碎裂，端蓋密封為Yx 型密封，材質(zhì)是聚氨酯，平均壽命4～5 個(gè)月，在線(xiàn)軋機(jī)安裝30 個(gè)這種形式的液壓缸，每年的更換頻次約為90 次，這不僅增加了故障時(shí)間和作業(yè)時(shí)間，同時(shí)對(duì)軋機(jī)乳液清潔度造成很大的影響，皂化值升高，影響到鋼帶表面質(zhì)量；還增加了備件材料成本，尤其是突發(fā)性的漏油后的被迫停車(chē)造成鋼卷報(bào)廢較多，同時(shí)，如此頻繁的更換液壓缸密封對(duì)液壓系統(tǒng)的清潔度造成非常大的影響，增加了液壓系統(tǒng)故障的頻率。因此需要對(duì)液壓缸進(jìn)行改進(jìn)，以避免上述問(wèn)題多次發(fā)生?；诖耍瑴p少或避免因密封老化造成的液壓缸漏油，以保證軋機(jī)乳液的正常指標(biāo)，同時(shí)避免因頻繁的更換液壓缸密封造成液壓系統(tǒng)油液指標(biāo)的劣化，是本研究的關(guān)鍵之所在。

2 技術(shù)改進(jìn)措施

針對(duì)工作輥提升臂液壓缸經(jīng)常發(fā)生泄漏、噴射液壓油的故障，原因是密封老化。密封技術(shù)對(duì)于液壓缸的工作效率起著關(guān)鍵性的重要作用，由于密封技術(shù)影響著線(xiàn)軋機(jī)的正常工作狀況，是質(zhì)量卷的關(guān)鍵性影響因素，并且，隨著各類(lèi)機(jī)械設(shè)備技術(shù)發(fā)展改進(jìn)對(duì)鋼帶質(zhì)量要求的不斷提升，液壓系統(tǒng)向高壓大流量的方向發(fā)展，而對(duì)密封技術(shù)的要求更加嚴(yán)格規(guī)范。單一的密封裝置開(kāi)始向組合形式的密封裝置發(fā)展，密封裝置不管從技術(shù)要求標(biāo)準(zhǔn)還是裝置的復(fù)雜程度上來(lái)看，都發(fā)生了質(zhì)的提升。我國(guó)有的學(xué)者從單一變量法的視角出發(fā)，對(duì)斯特封密封結(jié)構(gòu)的性能進(jìn)行了研究，認(rèn)為將超彈性O(shè) 型形圈和改良的聚四氟乙烯階梯形滑環(huán)組成，是抗磨降低摩擦的最佳組合，在壓力較高的液壓系統(tǒng)中具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)[1]；有的學(xué)者認(rèn)為，應(yīng)當(dāng)突破傳統(tǒng)理論研究的框架，不能局限于密封結(jié)構(gòu)接觸面越大密封性越好的思路，在滑環(huán)結(jié)構(gòu)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行密封性能的提升[2]。因此，基于我國(guó)學(xué)者對(duì)于斯特封的研究思路和研究成果，結(jié)合不銹鋼冷軋廠(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)工作開(kāi)展中的線(xiàn)軋機(jī)的運(yùn)行原理和結(jié)構(gòu)性能，針對(duì)端蓋的密封材料老化的問(wèn)題可以從以下兩個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)：

第一，從密封材質(zhì)上對(duì)密封帶進(jìn)行改進(jìn)。由于聚氨酯耐乳液腐蝕性較差，容易出現(xiàn)僵化、脆化的現(xiàn)象，將Yx 型的聚氨酯密封改進(jìn)成材質(zhì)PTFE 的斯特封，提高了密封的抗腐蝕性和耐磨性。原裝密封尺寸為Φ36mm×Φ44 mm×5.3 mm-JB/ZQ 4265-2006；改進(jìn)后的斯特封尺寸為36mm×47mm×4.2mm-GB/T15242.1-94PTFE。

相對(duì)于Yx 型的聚氨酯密封，材質(zhì)PTFE 的斯特封更適合提升臂液壓缸的密封端蓋上進(jìn)行密封，從性能上來(lái)看，斯特封一般由超彈性O(shè) 形圈和改良的聚四氟乙烯階梯形滑環(huán)組成，具有摩擦力低、無(wú)爬行、啟動(dòng)力小、耐高壓、溝槽結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。將斯特封引人工作輥提升臂液壓缸的密封端蓋，結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 斯特封應(yīng)用于提升臂液壓缸密封端蓋的結(jié)構(gòu)圖

斯特封位于與柱塞配合的缸套溝槽內(nèi)，斯特封兩端有高壓擋圈，用于減小密封區(qū)域的密封壓力，提高密封性能。根據(jù)柱塞與缸套的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向，將柱塞的運(yùn)動(dòng)分為內(nèi)行程運(yùn)動(dòng)與外行程運(yùn)動(dòng)，柱塞向低壓側(cè)運(yùn)動(dòng)定義為外行程運(yùn)動(dòng)，此時(shí)的柱塞泵處于吸液的運(yùn)行狀態(tài)，反之則定義為內(nèi)行程，此時(shí)的柱塞泵處于排液的運(yùn)行狀態(tài)。

第二，從密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行密封帶進(jìn)行改進(jìn)。首先，基于傳統(tǒng)理論上接觸面越大則密封效果越好思路的突破，針對(duì)原裝的液壓缸只安裝有一道密封，現(xiàn)在增加兩道密封來(lái)提高封油效果。重新設(shè)計(jì)液壓缸端蓋的密封溝槽尺寸，同時(shí)改變密封的安裝位置和安裝尺寸來(lái)保證液壓缸的正常使用。其次，增加液壓缸端蓋導(dǎo)向帶溝槽，保證缸桿運(yùn)動(dòng)的同軸度，防止密封發(fā)生偏磨損造成的滲油現(xiàn)象,導(dǎo)向帶材質(zhì)為酚醛夾布GB/T 15242.2—1994，尺寸為Φ39mm×Φ36mm×5mm。

對(duì)密封從結(jié)構(gòu)和材質(zhì)上進(jìn)行改進(jìn)后，達(dá)到的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如下：防塵圈槽厚度為5 mm；斯特封槽厚度為4.2 mm+0.2 mm；密封溝槽內(nèi)側(cè)R0.3 圓弧倒角；內(nèi)孔修磨毛刺飛邊；防塵圈槽外徑Φ44 mm H9；斯特封密封槽外徑Φ47 mm；導(dǎo)向帶溝槽尺寸Φ39 mm×5 mm。

工作輥提升臂液壓缸改進(jìn)前后的端蓋如圖2所示。

圖2 工作輥提升臂液壓缸改進(jìn)前后的端蓋

改造后的密封不僅在材質(zhì)上對(duì)密封端蓋進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化，并且，通過(guò)將一道密封改為兩道密封之后，對(duì)安裝位置等進(jìn)行了位置和尺寸上的調(diào)整，也可以防止?jié)B油。再者，兩道密封環(huán)的密封結(jié)構(gòu)優(yōu)化，可以通過(guò)相互之間的應(yīng)力抵消，減少了活塞運(yùn)動(dòng)的摩擦力產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)摩擦耗損。當(dāng)活塞桿伸出時(shí)，一側(cè)為潤(rùn)滑油側(cè)而另一端是空氣側(cè)，伸出時(shí)依靠相對(duì)外側(cè)的密封環(huán)刮油的作用來(lái)在形成相對(duì)厚度均勻的油膜的同時(shí)減少了油膜的厚度，這樣一來(lái)，既能保持相對(duì)的平穩(wěn)伸出也減少了油膜的滲出；當(dāng)活塞桿縮回的時(shí)候，油膜又可以通過(guò)流動(dòng)力的作用返回工作腔，并在第二道密封環(huán)上形成了相對(duì)厚度均勻油膜的同時(shí)減少了油膜的厚度，油膜在兩道密封環(huán)之間形成相對(duì)穩(wěn)定的用量。

3 改進(jìn)后的效果驗(yàn)證

為了驗(yàn)證本技術(shù)改進(jìn)在2 號(hào)RAP 線(xiàn)軋機(jī)的工作輥提升臂液壓缸運(yùn)行中的實(shí)際效果，研發(fā)小組在每月的設(shè)備檢修中分批更換提升缸的端蓋，并通過(guò)每月對(duì)各個(gè)更換新端蓋的液壓缸運(yùn)行情況進(jìn)行精細(xì)化管理，詳細(xì)記錄運(yùn)行狀況。對(duì)通過(guò)本技術(shù)改進(jìn)的液壓缸運(yùn)行效果驗(yàn)證如下：

首先，杜絕了因液壓缸密封端蓋的材質(zhì)密封老化造成的突發(fā)性噴油事故的發(fā)生，避免因故障造成的鋼卷質(zhì)量問(wèn)題。經(jīng)過(guò)歷時(shí)半年的更換，已經(jīng)將不銹冷軋廠(chǎng)冷連軋區(qū)2 號(hào)RAP 線(xiàn)2 號(hào)RAP 線(xiàn)軋機(jī)的工作輥提升臂液壓缸的密封端蓋進(jìn)行了全部的更滑，這些設(shè)備在使用2 年8 個(gè)月之后，它們的狀況良好未發(fā)生漏油情況，期間抽樣檢查液壓缸密封，未發(fā)現(xiàn)損壞和僵化現(xiàn)象，有待于繼續(xù)觀(guān)察密封的使用壽命和更換周期，基本解決此類(lèi)故障。所以，經(jīng)過(guò)實(shí)際的工作運(yùn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，本次的技術(shù)改造從減少發(fā)生故障等多個(gè)方面具有明顯的效果[3]。

其次，從設(shè)備維護(hù)的角度來(lái)看，更換密封端蓋之后，降低了液壓缸密封的更換周期，降低設(shè)備維護(hù)成本和勞動(dòng)成本，從每年更換頻次90 次降低到30 次。如果從經(jīng)濟(jì)效益的角度來(lái)看，不銹冷軋廠(chǎng)冷連軋區(qū)更換技術(shù)改進(jìn)的端蓋之前每年更換90 次端蓋需要投入的總費(fèi)用為3 萬(wàn)元，那么現(xiàn)在只需要更換30 次，可以節(jié)約2 萬(wàn)元的費(fèi)用；另外，每年液壓油消耗降低15桶，每桶2300 元，1 年可節(jié)約液壓油的投入費(fèi)用共計(jì)34500 元。那么，對(duì)于不銹冷軋廠(chǎng)冷連軋區(qū)來(lái)講，更換技術(shù)改進(jìn)后的密封端蓋1 年可以降低維護(hù)維修費(fèi)用54500 元。

再次，提高了軋機(jī)乳液清潔度和液壓系統(tǒng)的清潔度，提高設(shè)備的功能精度，降低故障時(shí)間。從經(jīng)濟(jì)效益的角度來(lái)分析，在沒(méi)有更換技術(shù)改進(jìn)的端蓋之前，每年發(fā)生泄漏、噴射液壓油的故障大約5 次，故障停車(chē)每次1 h，每次停車(chē)影響的質(zhì)量卷為1 卷，改進(jìn)后每年能夠提高質(zhì)量合格的鋼產(chǎn)量500 t。如果按照每噸鋼卷利潤(rùn)為100 元，那么通過(guò)更換新密封端蓋可以創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益直觀(guān)來(lái)看就是：增加了500 t 的產(chǎn)量，500×100=5 萬(wàn)元。所以，通過(guò)密封端蓋的技術(shù)改進(jìn)之后，1 年可以創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益為降低維護(hù)維修費(fèi)用和提升產(chǎn)量的總和，兩者合計(jì)10.45 萬(wàn)元。因此，對(duì)于本次公關(guān)的技術(shù)改造，不僅從技術(shù)支撐上滿(mǎn)足了密封裝置材質(zhì)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化以達(dá)到減少泄漏而發(fā)生故障的目標(biāo)，并且從節(jié)約成本上提升了生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。