连铸机大包回转台托臂液压缸密封改进方法

1.问题的提出

某CSP连铸机大包回转台有两个对称分布的液压缸，用于托举钢包与钢水（约250t）。在托举的过程中，随着托臂的升高，液压缸与托臂之间的夹角发生变化。在液压缸活塞杆内部有一球杆，用于调整托臂与液压缸的角度，有关零件见表7-10。

表7-10 原液压缸零件明细

液压缸承受一定的径向力，在径向力的作用下，活塞杆与缸筒支持面摩擦加剧，引起活塞杆表面严重划伤，进而导致严重漏油、控制不稳。

由某公司供应的德国洪格尔液压缸频繁出现活塞杆划伤与外漏问题，一般只能运行6个月，寿命远低于设计水平。该公司来人检查分析后，既未查出根本原因，也未提出任何改进措施，显然不符合整机设计使用要求。从国外采购订货周期长，手续繁琐，售后服务得不到保证。同时，从国外采购价格昂贵，一个液压缸要花费245万元人民币，使生产成本大受影响。

为有效解决上述技术经济问题，公司决定与国内液压缸公司合作研制开发连铸机大型摆动液压缸。

2.主要技术性能指标

液压缸的主要结构性能指标如下：尺寸为650/600mm，行程为700mm，压力为25MPa，最低起动压力为0.5MPa，外泄漏为无，活塞摆角为±7°，使用寿命为2年（保质期）。

3.问题的分析与解决

1）问题的分析。经反复勘察、调研、校核，对液压缸磨损过速及漏油严重问题得出了以下结论。液压缸活塞杆严重划伤的主要原因是：①压杆球头润滑脂流道不畅，引起润滑不良造成球头烧伤，摩擦阻力增大，克服径向力的能力降低；②它的支持面面积过小，压强过大，活塞杆表面硬度和屈服强度不够，以致在径向力的作用下，密封件变形，活塞杆直接压在导向套的金属件上，引起严重的摩擦与磨损。

2）解决问题的对策。通过上述分析，解决问题的基本对策是改进其薄弱环节，使其有足够的承载能力与抗磨损能力。根据企业的实际情况，须着重解决以下技术问题：柱塞杆与导向套支持面摩擦及活塞杆表面严重划伤，液压缸寿命短的问题；柱塞杆内置球杆与球座之间严重烧伤磨损的问题。由此，确定了以下主要的解决对策：增大缸头导向支持面，使径向压力下降；对缸头与密封件支持台肩内圆孔（φ600）倒角，以防柱塞倾斜时锐边划伤运动的柱塞的表面；在缸头外端再增加一道软支撑环，以克服初始径向力并降低密封件及其支持件的压力；缸头导向部分开润滑槽以提供良好的润滑，减小相互间的摩擦；改进球座的润滑流道，增大润滑面积；使用优质钢材及良好的热处理方式，改善摩擦副，增强抗磨损的能力。

3）设计计算。柱塞与导向套摩擦副摩擦因数的降低：在原设计中，柱塞与导向套采用钢/青铜配对，改进后采用钢/球墨铸铁，摩擦系数由0.125降至0.1，下降了约20%。柱塞与导向套摩擦副表面硬度及抗磨损能力的提高：原柱塞的表面硬度是35HRC，改进后达45HRC，因此柱塞表面不易被划伤；导向套的材料由青铜改为球墨铸铁（QT400-17）后，硬度由70HBW变为197HBW（17HRC），抗磨损能力显著提高。

柱塞与导向套之间压力的降低计算如下。

最大压力p的计算：

式中，G为侧向力；L为导向套长度；R为活塞杆半径。

设备用户手册指出，负载为250tf（2.45×10⁶N）时，当液压缸活塞杆伸出至最高位置（700mm行程），侧向力最大，G=72tf（7.06×10⁵N），R=300mm。(www.xing528.com)

原设计中，L=135mm，则p₁=72tf/2×0.135m×0.3m=8.7MPa。

改进后，L=210mm，p₂=72tf/2×0.21m×0.3m=5.6MPa。

正压力下降了36%。

球头半径为SR160mm，其支持面原高度100mm，改进后达120mm，此举使这一配合面的接触面增大，压强得以显著减小。

通过采取以上措施，大幅度改善液压缸的受力状况，使液压缸的设计寿命由4个月提高到2年以上。

改进后的液压缸如图7-45所示，有关零件见表7-11。

图7-45 改进后的液压缸

表7-11 改进后的液压缸零件明细

4）加工制造工艺。液压缸有关加工工艺参数见表7-12。

表7-12 主要零部件工艺数据

4.实际使用效果

由国内液压缸厂制造的CSP连铸机大型摆动液压马达效果良好，未出现国外备件所出现的外泄漏现象，受到了用户的好评。

国产液压缸55万元/台（使用寿命24个月以上），进口液压缸245万元/台（使用寿命6个月），每年可减少液压缸油泄漏与污染所造成的损失10万元。此项改进经济效益显著。