千噸棒料剪斷機壓緊壓頭系統密封改造探究

李長連

(中車大連機車車輛有限公司，遼寧 大連 116000)

1 生產現狀

Q42-1000 型千噸棒料剪斷機是我公司鍛件下料生產的關鍵設備，該設備下壓緊壓頭主要由油缸和活塞組成。工作中，由高壓風驅動的油液通過油缸作用在活塞上，由運動凸輪凸型的自動控制來實現棒料剪斷過程中的壓料運作。由于該系統工作環境惡劣，油缸和活塞配合面磨損嚴重，工作中油液沿著配合面縫隙上下泄漏，重則呈線性外漏，造成油缸內壓力降低，直接影響活塞壓頭的壓料力不足，設備不能正常工作。為了不影響生產，操作人員經常一天要注油2 次。一年消耗的油量達3t 以上，合人民幣13000 余元，不但造成了很大的浪費，而且設備時常處于停產狀態。

2 工作原理

Q42-1000 型棒料剪斷機下壓系統工作原理，如圖1 所示。

圖1 Q42-1000 型棒料剪斷機工作原理

Q42-1000 型棒料剪斷機工作時，儲油罐中的油在壓縮空氣的作用下注入單向閥1。單向閥1 的開關由剪斷機主軸上的外凸輪2 控制。當剪斷機處于上料定位狀態時，主軸上的外凸輪凸型處在最高位置，單向閥1 處于開啟狀態，油液由單向閥1 注入油缸，此時缸內油壓和儲油罐油壓及風壓平衡，通常為5kg/cm2。活塞壓頭在主軸端部固定的內凸輪凸形3 的作用下向上抬起。當設備處于剪切狀態時，主軸外凸輪凸形處于最低位置，壓下單向閥控制滾輪4，單向閥處于關閉狀態，則油缸內形成充滿油液的封閉油腔。當設備滑塊帶動剪牙在偏心主軸慣性的作用下剪切料坯時，壓頭承受剪切反力形成瞬間高壓保證切斷料坯，完成整個棒料的上料定位及剪切動作。

3 故障分析

3.1 壓頭油缸壓力分析

設備在剪切瞬間，活塞壓頭要有足夠的壓力壓緊料坯，承受剪切力的反作用力，即可克服棒料因剪切而產生的力矩M壓=P壓*L（P 為剪切力，L 為下剪牙刃端與活塞壓頭中心的水平距離），如圖2。

圖2 活塞壓頭工作示意圖

根據密封容器油液的不可壓縮性，缸內油壓的高低是隨著剪切力的增大而增大的。缸內油壓的數值可按圖2壓頭受力分析公稱剪切力計算。如圖2所示，剪斷機在剪切瞬間也產生一個以剪刃點a為支撐點的力矩。

P剪為公稱剪切力，P剪=1000×103kg；

δ 為剪刃厚度，δ=40mm。

若使剪斷機在工作中能正常剪斷坯料，所形成的力矩M剪就要與活塞壓頭壓料力P壓所形成的力矩M壓處于平衡。

即M剪=M壓

設剪斷機剪切瞬間壓料缸內油壓為F， 則：P剪×δ/2=F×A×L

剪斷機下壓緊壓頭中心點與剪刃剪切面的距離L 為260mm。活塞軸向受油壓面積為A。

顯然，活塞壓頭產生的壓料力的大小主要取決于油缸油液的壓力，以此來保證設備的正常工作。

3.2 油缸漏油原因分析

油缸漏油有兩方面原因。一是選用單道Y型密封圈達不到密封的目的。對于按HG4-335-66 標準制造的Y型密封圈，通常直徑在200 ～300 mm之間。安裝后內外徑壓縮率在2.2%～1.76%時，適用壓力為200kg/cm2。可見，當設備剪切瞬間缸內油壓達471kg/cm2時，必然壓壞密封圈而漏油。二是剪斷機在剪切過程中，活塞壓頭所承受的壓料反力不僅有軸向力，還存在著徑向力。由于油缸與活塞的運動配合面磨損嚴重，形成的間隙量較大，油缸內徑不能形成導柱作用來抵抗徑向力，所以產生的徑向力首先作用在密封圈上。通過觀察，新配置的密封圈工作不到一周時間就會被破壞而失去密封作用。這是導致油缸漏油的主要原因。

4 改進措施

4.1 改進密封結構

根據上述分析，提高油缸和活塞壓頭的密封性能是保證剪斷機剪切瞬間壓力的途徑之一。具體辦法是，增大油缸和活塞密封環面積，使之保持工作時的瞬間高壓。將原來的單個Y 型密封圈改為現在的按HG4-337-66 標準生產的5 個B 型V 形夾織物橡膠密封圈疊加使用，使油缸和活塞的密封面積增大了5 倍。上密封采用4 個B 型V 形夾織物密封圈疊加使用。

4.2 改變油缸和活塞直徑尺寸

除上述改進密封結構外，還對油缸和活塞壓頭的結構尺寸進行改進。圖3 為改進前的油缸和活塞尺寸，圖4 為改進后的油缸和活塞尺寸。

圖3 改進前的油缸和活塞尺寸

圖4 改進后的油缸和活塞尺寸

活塞軸頸改進：采用堆焊補肉的方法增大原來活塞軸頸尺寸，然后用車床加工至φ250mm 和φ290mm（原活塞軸頸為φ240mm 和φ280mm）。油缸上密封段活塞軸頸從φ110mm 加工至φ105mm。

油缸改進：對于直徑φ280mm 的油缸內工作面，由于年久失修，表面磨損嚴重，已不能使用。上鏜床修正φ280mm內孔至φ320mm，油缸上部φ110mm 孔修正到φ130mm，并保證油缸上下孔φ130mm 和φ320mm 的不同軸度在500mm 長度的范圍內誤差不超過0.02mm。

考慮到V 型密封圈不能承受徑向力的特點，再加工一個內徑為mm、外徑為mm、長度為100mm 的錫青銅套以過盈配合安裝在油缸下部的φ320mm 孔處，加工一個內徑為mm、外徑為mm、長度為31mm的錫青銅套以過盈配合安裝在油缸上部的φ130mm 孔處，用以保證油缸內工作面的表面粗糙度。這種改進方式一方面改善了油缸和活塞運動配合面的工作精度，另一方面也減輕了二者之間的滑動磨損。工作中，和床體固定的油缸對運動的活塞壓頭起導向作用，使活塞壓頭所承受的徑向反力直接作用在油缸上，改善了密封圈的工作條件。改進后的剪斷機下壓緊壓頭系統如圖5 所示。

圖5 改進后的下壓系統

經上述改進后，提高了剪斷機的密封性能。現場運用表明，在缸內瞬間油壓高達471kg/cm2的情況下沒有發生漏油現象。

5 使用效果

改進后的Q42-1000型千噸棒料剪斷機下壓緊壓頭系統，經過1年半的運行，沒有發生油缸泄漏現象。特別是活塞與油缸的運動配合面采用鋼與銅套的滑動接觸后，磨損現象明顯減輕，即使是缸內銅套年久磨損，只要更換銅套即可，其維修之簡便，是原設備結構無法達到的。