技術改進的密封端蓋對線軋機工作性能的提升

朱 杰

（中國寶武太鋼集團不銹冷軋廠，山西 太原 030003）

1 存在的問題

在工作運行中，2 號RAP 線軋機的工作輥提升臂液壓缸經常發生泄漏、噴射液壓油的故障，從而造成故障停車和質量卷。發生這些問題的原因是，液壓缸端蓋密封長期受乳液腐蝕，容易僵化、碎裂，端蓋密封為Yx 型密封，材質是聚氨酯，平均壽命4～5 個月，在線軋機安裝30 個這種形式的液壓缸，每年的更換頻次約為90 次，這不僅增加了故障時間和作業時間，同時對軋機乳液清潔度造成很大的影響，皂化值升高，影響到鋼帶表面質量；還增加了備件材料成本，尤其是突發性的漏油后的被迫停車造成鋼卷報廢較多，同時，如此頻繁的更換液壓缸密封對液壓系統的清潔度造成非常大的影響，增加了液壓系統故障的頻率。因此需要對液壓缸進行改進，以避免上述問題多次發生。基于此，減少或避免因密封老化造成的液壓缸漏油，以保證軋機乳液的正常指標，同時避免因頻繁的更換液壓缸密封造成液壓系統油液指標的劣化，是本研究的關鍵之所在。

2 技術改進措施

針對工作輥提升臂液壓缸經常發生泄漏、噴射液壓油的故障，原因是密封老化。密封技術對于液壓缸的工作效率起著關鍵性的重要作用，由于密封技術影響著線軋機的正常工作狀況，是質量卷的關鍵性影響因素，并且，隨著各類機械設備技術發展改進對鋼帶質量要求的不斷提升，液壓系統向高壓大流量的方向發展，而對密封技術的要求更加嚴格規范。單一的密封裝置開始向組合形式的密封裝置發展，密封裝置不管從技術要求標準還是裝置的復雜程度上來看，都發生了質的提升。我國有的學者從單一變量法的視角出發，對斯特封密封結構的性能進行了研究，認為將超彈性O 型形圈和改良的聚四氟乙烯階梯形滑環組成，是抗磨降低摩擦的最佳組合，在壓力較高的液壓系統中具有獨特的優點[1]；有的學者認為，應當突破傳統理論研究的框架，不能局限于密封結構接觸面越大密封性越好的思路，在滑環結構上進行優化設計進行密封性能的提升[2]。因此，基于我國學者對于斯特封的研究思路和研究成果，結合不銹鋼冷軋廠實際生產工作開展中的線軋機的運行原理和結構性能，針對端蓋的密封材料老化的問題可以從以下兩個方面進行改進：

第一，從密封材質上對密封帶進行改進。由于聚氨酯耐乳液腐蝕性較差，容易出現僵化、脆化的現象，將Yx 型的聚氨酯密封改進成材質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；改進后的斯特封尺寸為36mm×47mm×4.2mm-GB/T15242.1-94PTFE。

相對于Yx 型的聚氨酯密封，材質PTFE 的斯特封更適合提升臂液壓缸的密封端蓋上進行密封，從性能上來看，斯特封一般由超彈性O 形圈和改良的聚四氟乙烯階梯形滑環組成，具有摩擦力低、無爬行、啟動力小、耐高壓、溝槽結構簡單等優點。將斯特封引人工作輥提升臂液壓缸的密封端蓋，結構如圖1 所示。

圖1 斯特封應用于提升臂液壓缸密封端蓋的結構圖

斯特封位于與柱塞配合的缸套溝槽內，斯特封兩端有高壓擋圈，用于減小密封區域的密封壓力，提高密封性能。根據柱塞與缸套的相對運動方向，將柱塞的運動分為內行程運動與外行程運動，柱塞向低壓側運動定義為外行程運動，此時的柱塞泵處于吸液的運行狀態，反之則定義為內行程，此時的柱塞泵處于排液的運行狀態。

第二，從密封結構進行密封帶進行改進。首先，基于傳統理論上接觸面越大則密封效果越好思路的突破，針對原裝的液壓缸只安裝有一道密封，現在增加兩道密封來提高封油效果。重新設計液壓缸端蓋的密封溝槽尺寸，同時改變密封的安裝位置和安裝尺寸來保證液壓缸的正常使用。其次，增加液壓缸端蓋導向帶溝槽，保證缸桿運動的同軸度，防止密封發生偏磨損造成的滲油現象,導向帶材質為酚醛夾布GB/T 15242.2—1994，尺寸為Φ39mm×Φ36mm×5mm。

對密封從結構和材質上進行改進后，達到的技術標準如下：防塵圈槽厚度為5 mm；斯特封槽厚度為4.2 mm+0.2 mm；密封溝槽內側R0.3 圓弧倒角；內孔修磨毛刺飛邊；防塵圈槽外徑Φ44 mm H9；斯特封密封槽外徑Φ47 mm；導向帶溝槽尺寸Φ39 mm×5 mm。

工作輥提升臂液壓缸改進前后的端蓋如圖2所示。

圖2 工作輥提升臂液壓缸改進前后的端蓋

改造后的密封不僅在材質上對密封端蓋進行了改進和優化，并且，通過將一道密封改為兩道密封之后，對安裝位置等進行了位置和尺寸上的調整，也可以防止滲油。再者，兩道密封環的密封結構優化，可以通過相互之間的應力抵消，減少了活塞運動的摩擦力產生的結構摩擦耗損。當活塞桿伸出時，一側為潤滑油側而另一端是空氣側，伸出時依靠相對外側的密封環刮油的作用來在形成相對厚度均勻的油膜的同時減少了油膜的厚度，這樣一來，既能保持相對的平穩伸出也減少了油膜的滲出；當活塞桿縮回的時候，油膜又可以通過流動力的作用返回工作腔，并在第二道密封環上形成了相對厚度均勻油膜的同時減少了油膜的厚度，油膜在兩道密封環之間形成相對穩定的用量。

3 改進后的效果驗證

為了驗證本技術改進在2 號RAP 線軋機的工作輥提升臂液壓缸運行中的實際效果，研發小組在每月的設備檢修中分批更換提升缸的端蓋，并通過每月對各個更換新端蓋的液壓缸運行情況進行精細化管理，詳細記錄運行狀況。對通過本技術改進的液壓缸運行效果驗證如下：

首先，杜絕了因液壓缸密封端蓋的材質密封老化造成的突發性噴油事故的發生，避免因故障造成的鋼卷質量問題。經過歷時半年的更換，已經將不銹冷軋廠冷連軋區2 號RAP 線2 號RAP 線軋機的工作輥提升臂液壓缸的密封端蓋進行了全部的更滑，這些設備在使用2 年8 個月之后，它們的狀況良好未發生漏油情況，期間抽樣檢查液壓缸密封，未發現損壞和僵化現象，有待于繼續觀察密封的使用壽命和更換周期，基本解決此類故障。所以，經過實際的工作運行試驗驗證，本次的技術改造從減少發生故障等多個方面具有明顯的效果[3]。

其次，從設備維護的角度來看，更換密封端蓋之后，降低了液壓缸密封的更換周期，降低設備維護成本和勞動成本，從每年更換頻次90 次降低到30 次。如果從經濟效益的角度來看，不銹冷軋廠冷連軋區更換技術改進的端蓋之前每年更換90 次端蓋需要投入的總費用為3 萬元，那么現在只需要更換30 次，可以節約2 萬元的費用；另外，每年液壓油消耗降低15桶，每桶2300 元，1 年可節約液壓油的投入費用共計34500 元。那么，對于不銹冷軋廠冷連軋區來講，更換技術改進后的密封端蓋1 年可以降低維護維修費用54500 元。

再次，提高了軋機乳液清潔度和液壓系統的清潔度，提高設備的功能精度，降低故障時間。從經濟效益的角度來分析，在沒有更換技術改進的端蓋之前，每年發生泄漏、噴射液壓油的故障大約5 次，故障停車每次1 h，每次停車影響的質量卷為1 卷，改進后每年能夠提高質量合格的鋼產量500 t。如果按照每噸鋼卷利潤為100 元，那么通過更換新密封端蓋可以創造的經濟效益直觀來看就是：增加了500 t 的產量，500×100=5 萬元。所以，通過密封端蓋的技術改進之后，1 年可以創造經濟效益為降低維護維修費用和提升產量的總和，兩者合計10.45 萬元。因此，對于本次公關的技術改造，不僅從技術支撐上滿足了密封裝置材質和結構優化以達到減少泄漏而發生故障的目標，并且從節約成本上提升了生產的經濟效益。