1200mm冷轧机主缸密封改造

李振华 李文涛

摘 要：文章主要论述了我厂1200mm冷轧机列Ф1000mm大型推上油缸密封的改造，将原密封由夹布橡胶“V”型组合垫片改为填充聚四氟乙烯组合密封，从密封对伺服油缸动态特性的影响入手，将“V”型密封a与四氟组合密封对油缸在液压伺服系统中的工作性能进行对比，从而总结出填充聚四氟乙烯组合密封的优点、特点。

关键词：密封；改造；填充聚四氟乙烯组合密封；“V“型组合密封

引言

我厂冷轧机为日本日立株式会社六十年代产1200毫米四辊可逆式板带轧机，该轧机为全液压、机液伺服轧机，其技术水平在当时很先进，但目前国内、外精轧机均采用电液伺服系统控制，已很少采用机液伺服。现在国外精轧机的液压伺服系统工作频率已达到20Hz，国内也已达到10～15Hz，而这台轧机测试结果只能达到约2Hz（在伺服系统中，油缸总是在较高频率下作往复运动的，其每分钟的动作次数称之为频率）。

1 原设备状况

该油缸原用密封为“V”型橡胶夹布组合垫片，由5片密封组合在一起，通过增加或减少缸盖下的垫片来调整其松紧程度的。由于是5组密封，所以其密封效果很好，但其摩擦力也是所有密封中最大的，可达到油缸总出力的3%，最大可达到5%，也就是说阻力可以达到几十吨，甚至上百吨，如此大的阻力对油缸的性能会产生很大的影响：（1）降低油缸的反应频率；（2）仅依靠柱塞的自重（约4吨）难以返回零位，还有余下20毫米的空行程不能自行收回，因此更换支撑辊时就必须强制柱塞收回，这将大大延长换辊时间，约需2～3小时，十分影响生产效率，增加了工人的劳动强度；（3）由于摩擦力大，密封磨损较快，使用一段时间后将产生泄漏现象，在带材轧制过程中这种泄漏是绝不允许存在的，将直接造成带卷同板差增大，甚至报废。因此要定期拆下一部分垫片，以补偿密封的磨损部分，这给检修、维护带来很大的不便。（4）这种密封的松紧，是通过增加或减少油缸缸盖下的垫片厚度来调整的，所以两油缸密封松紧程度是否一致不易控制；另外调整时必须抽出工作辊、支撑辊并拆下缸盖，所以耗时很长耽误生产，而且增加了生产、维护工人的劳动强度。

2 改造的目的及改造方案选择

前文提到我厂冷轧机的控制系统为机液伺服，这种控制方式的缺点是反应速度低、轧制精度差，单片轧制还可以维持，但是带材轧制就很难达到工艺要求，以前试轧带材均因同板差过大而报废，所以要实现带材生产必需对冷轧机的液压伺服系统进行改造，即将机液伺服改为电液伺服系统，使其系统的频率提高到5～10Hz，以满足带材生产的需求。

在液压伺服系统中，最重要的执行元件液压缸，它直接关系到整个系统的动态特性。机液伺服系统本身的频率很低，一般柱塞缸就可以满足使用要求；但电液伺服系统就不同，其工作频率高，故对液压缸的要求也较高，而柱塞缸的收回完全依靠外力，并且密封阻力大，动作不灵活，所以电液伺服系统中的油缸大都为活塞缸，由伺服阀控制向其上、下腔供、泻油，动作灵活，阻力小故能够达到较高的动作频率。

对我厂冷轧机的这两台直径为Φ1000毫米油缸的改造，曾与多家科研院所取得联系，他们均主张为将柱塞缸改为活塞缸，这种方案不仅需投资60～80万元，将油缸整体拆除，而且需停车4个月。这对于工厂将意味着几千万元产值的损失，能否在现有基础上，作尽可能小的改动，而又不影响生产呢？经过多方调研、咨询，决定采用一种新型密封技术——填充聚四氟乙烯组合密封，采用这种密封就可以较好地解决柱塞缸动态特性差这一难题。

3 聚四氟乙烯组合密封的应用

在液压伺服系统中，对密封有较高的要求：（1）动静态特性基本一致；（2）摩擦力小且稳定；（3）泄漏量小；（4）使用寿命长，性能稳定；（5）检修、维护方便等特点。

在目前所有的密封材料中，以填充聚四氟乙烯为主体材料的新型组合密封以其优异的性能完全可以适应以上要求，所以国外应用的密封已逐步淘汰了老式密封而采用了这种组合密封。

下面，对填充聚四氟乙稀组合密封和夹布橡胶“V”型组合垫片的综合性能加以对比（见表1）。

由表1中可以直观的比较出两种密封的性能差别。

应指出的是填充聚四氟乙烯组合密封质地很软，易于加工成形，但是也易受损，所以它对工作表面的光洁度、工作环境及尘封要求较高，工作时一个很小的硬点就可能将其表面划伤，造成泄漏。因此在清洗、安装过程中应注意保持工作环境的清洁，并将各零件表面的尖角、飞边清理干净，防止密封表面划伤。最后安装好尘封及防尘罩。

4 改造后的密封结构

为了尽可能小的对油缸结构改动，工作人员在原“V”型密封的铜质支撑环和压紧环上加装含油尼龙的挡环，这样就形成安装组合密封的沟槽。其中“O”型圈作为弹性体，聚四氟乙烯环作为滑动环，在直径方向的密封予压缩量是保证密封效果的基本条件，一般取W（予压缩量）=15%～25%。为保证密封高压端有足够的进油空间和“O”型圈压缩变形空间，因此在密封沟槽宽度方向还要保留一定的间隙量B=H+0.5～1.0mm，其中B=沟槽宽度，H=密封宽度。

在密封安装时首先要保证其沟槽的空间，沟槽的宽度为14毫米，与密封间保留1毫米的间隙，并依此确定缸盖下的垫片厚度，然后分别装好“O”型圈、密封、上挡环，最后装上压环，此时就可以吊入活塞。由于活塞的下部有一段300的倒角，而且将尖角导钝，所以不用担心活塞将密封的表面划伤，但是当密封即将与活塞相接触时，还应注意以较小的下落速度并尽可能克服活塞的摆动以保护密封，活塞安装到位后，就可以盖上缸盖，至此密封安装过程结束。

5 使用效果

该密封安装完成后，工作人员进行了保压实验，在轧制合压200吨、400吨、500吨、800吨、1000吨各保压10分钟，未发现有“失压”现象。投入生产后，操作手一致反映轧制过程中轧机反应较改造前灵敏，调整速度快，板材同板差减小，轧制精度提高；另外换辊时再也不用钻到轧机下面用千斤顶强制柱塞收回，并且大大缩短了支撑辊换辊时间，由原来的2～3小时缩短为45分钟，有效提高了生产效率，降低了工人劳动强度。

6 结束语

（1）此次改造不仅解决了油缸密封问题，而且提高了轧机的性能及控制精度，达到了预期的目的；同时还积累了经验，在我厂1200mm热轧机上也运用了这项技术，改造了两台直径为Φ900mm的油缸，也取得较圆满的结果。（2）填充聚四氟乙烯组合密封结合使用了“0”型圈，所以具备了静密封性能稳定可靠的优点；（3）填充聚四氟乙烯组合密封不仅具有老式密封的优点，而且还具备自润滑性、摩擦系数小、动态特性好、耐腐蚀、不吸水等特点，是一种可靠的密封换代产品；（4）此次改造后使用至今，该密封一直未出现渗漏，轧机运行正常；（5）此次改造投资小，而且对轧机的改动也很小，不仅为企业节约了资金，而且赢得了宝贵的生产时间。

参考文献

[1]机械设计手册[M].机械工业出版社.