千噸棒料剪斷機(jī)壓緊壓頭系統(tǒng)密封改造探究

李長(zhǎng)連

(中車大連機(jī)車車輛有限公司，遼寧 大連 116000)

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

Q42-1000 型千噸棒料剪斷機(jī)是我公司鍛件下料生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，該設(shè)備下壓緊壓頭主要由油缸和活塞組成。工作中，由高壓風(fēng)驅(qū)動(dòng)的油液通過(guò)油缸作用在活塞上，由運(yùn)動(dòng)凸輪凸型的自動(dòng)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)棒料剪斷過(guò)程中的壓料運(yùn)作。由于該系統(tǒng)工作環(huán)境惡劣，油缸和活塞配合面磨損嚴(yán)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(nèi)壓力降低，直接影響活塞壓頭的壓料力不足，設(shè)備不能正常工作。為了不影響生產(chǎn)，操作人員經(jīng)常一天要注油2 次。一年消耗的油量達(dá)3t 以上，合人民幣13000 余元，不但造成了很大的浪費(fèi)，而且設(shè)備時(shí)常處于停產(chǎn)狀態(tài)。

2 工作原理

Q42-1000 型棒料剪斷機(jī)下壓系統(tǒng)工作原理，如圖1 所示。

圖1 Q42-1000 型棒料剪斷機(jī)工作原理

Q42-1000 型棒料剪斷機(jī)工作時(shí)，儲(chǔ)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(guān)由剪斷機(jī)主軸上的外凸輪2 控制。當(dāng)剪斷機(jī)處于上料定位狀態(tài)時(shí)，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(tài)，油液由單向閥1 注入油缸，此時(shí)缸內(nèi)油壓和儲(chǔ)油罐油壓及風(fēng)壓平衡，通常為5kg/cm2?；钊麎侯^在主軸端部固定的內(nèi)凸輪凸形3 的作用下向上抬起。當(dāng)設(shè)備處于剪切狀態(tài)時(shí)，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(guān)閉狀態(tài)，則油缸內(nèi)形成充滿油液的封閉油腔。當(dāng)設(shè)備滑塊帶動(dòng)剪牙在偏心主軸慣性的作用下剪切料坯時(shí)，壓頭承受剪切反力形成瞬間高壓保證切斷料坯，完成整個(gè)棒料的上料定位及剪切動(dòng)作。

3 故障分析

3.1 壓頭油缸壓力分析

設(shè)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(chǎn)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(jù)密封容器油液的不可壓縮性，缸內(nèi)油壓的高低是隨著剪切力的增大而增大的。缸內(nèi)油壓的數(shù)值可按圖2壓頭受力分析公稱剪切力計(jì)算。如圖2所示，剪斷機(jī)在剪切瞬間也產(chǎn)生一個(gè)以剪刃點(diǎn)a為支撐點(diǎn)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(jī)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(shè)剪斷機(jī)剪切瞬間壓料缸內(nèi)油壓為F， 則：P剪×δ/2=F×A×L

剪斷機(jī)下壓緊壓頭中心點(diǎn)與剪刃剪切面的距離L 為260mm?；钊S向受油壓面積為A。

顯然，活塞壓頭產(chǎn)生的壓料力的大小主要取決于油缸油液的壓力，以此來(lái)保證設(shè)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(dá)不到密封的目的。對(duì)于按HG4-335-66 標(biāo)準(zhǔn)制造的Y型密封圈，通常直徑在200 ～300 mm之間。安裝后內(nèi)外徑壓縮率在2.2%～1.76%時(shí)，適用壓力為200kg/cm2。可見(jiàn)，當(dāng)設(shè)備剪切瞬間缸內(nèi)油壓達(dá)471kg/cm2時(shí)，必然壓壞密封圈而漏油。二是剪斷機(jī)在剪切過(guò)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(yùn)動(dòng)配合面磨損嚴(yán)重，形成的間隙量較大，油缸內(nèi)徑不能形成導(dǎo)柱作用來(lái)抵抗徑向力，所以產(chǎn)生的徑向力首先作用在密封圈上。通過(guò)觀察，新配置的密封圈工作不到一周時(shí)間就會(huì)被破壞而失去密封作用。這是導(dǎo)致油缸漏油的主要原因。

4 改進(jìn)措施

4.1 改進(jìn)密封結(jié)構(gòu)

根據(jù)上述分析，提高油缸和活塞壓頭的密封性能是保證剪斷機(jī)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(huán)面積，使之保持工作時(shí)的瞬間高壓。將原來(lái)的單個(gè)Y 型密封圈改為現(xiàn)在的按HG4-337-66 標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的5 個(gè)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(gè)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(jìn)密封結(jié)構(gòu)外，還對(duì)油缸和活塞壓頭的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行改進(jìn)。圖3 為改進(jìn)前的油缸和活塞尺寸，圖4 為改進(jìn)后的油缸和活塞尺寸。

圖3 改進(jìn)前的油缸和活塞尺寸

圖4 改進(jìn)后的油缸和活塞尺寸

活塞軸頸改進(jìn)：采用堆焊補(bǔ)肉的方法增大原來(lái)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(jìn)：對(duì)于直徑φ280mm 的油缸內(nèi)工作面，由于年久失修，表面磨損嚴(yán)重，已不能使用。上鏜床修正φ280mm內(nèi)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(zhǎng)度的范圍內(nèi)誤差不超過(guò)0.02mm。

考慮到V 型密封圈不能承受徑向力的特點(diǎn)，再加工一個(gè)內(nèi)徑為mm、外徑為mm、長(zhǎng)度為100mm 的錫青銅套以過(guò)盈配合安裝在油缸下部的φ320mm 孔處，加工一個(gè)內(nèi)徑為mm、外徑為mm、長(zhǎng)度為31mm的錫青銅套以過(guò)盈配合安裝在油缸上部的φ130mm 孔處，用以保證油缸內(nèi)工作面的表面粗糙度。這種改進(jìn)方式一方面改善了油缸和活塞運(yùn)動(dòng)配合面的工作精度，另一方面也減輕了二者之間的滑動(dòng)磨損。工作中，和床體固定的油缸對(duì)運(yùn)動(dòng)的活塞壓頭起導(dǎo)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(jìn)后的剪斷機(jī)下壓緊壓頭系統(tǒng)如圖5 所示。

圖5 改進(jìn)后的下壓系統(tǒng)

經(jīng)上述改進(jìn)后，提高了剪斷機(jī)的密封性能?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用表明，在缸內(nèi)瞬間油壓高達(dá)471kg/cm2的情況下沒(méi)有發(fā)生漏油現(xiàn)象。

5 使用效果

改進(jìn)后的Q42-1000型千噸棒料剪斷機(jī)下壓緊壓頭系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)1年半的運(yùn)行，沒(méi)有發(fā)生油缸泄漏現(xiàn)象。特別是活塞與油缸的運(yùn)動(dòng)配合面采用鋼與銅套的滑動(dòng)接觸后，磨損現(xiàn)象明顯減輕，即使是缸內(nèi)銅套年久磨損，只要更換銅套即可，其維修之簡(jiǎn)便，是原設(shè)備結(jié)構(gòu)無(wú)法達(dá)到的。