芯棒石墨润滑系统的改进优化
添加图片：2022-10-22 11:16:36
1 前言
衡钢Φ340限动芯棒连轧管机组,对芯棒使用寿命和钢管内表面质量有直接影响的芯棒石墨润滑系统,热负载试车和试生产初期设备故障多,不能满足工艺对芯棒润滑的要求,严重制约生产。
2 芯棒石墨润滑系统组成与工作原理简介
衡钢Φ340限动芯棒连轧管机组芯棒石墨润滑系统是北京某涂装设备有限公司设计制造的(如图1所示)。系统主要由回收/存储罐、工作罐、4组并联的加压过滤润滑剂泵组、4组并联喷环组成。(每组喷环由4个ＡＳ1气控喷枪分别控制4个喷嘴,喷环安装在喷环罩罐内。
润滑剂的补充经网式5.1进入回收/存储罐。喷涂溅落的润滑剂由喷环罩罐收集经三通电/气控阀3、网式过滤器5.2进入回收/存储罐。
工作罐的润滑剂经隔膜泵从回收/存储罐抽入。为保证润滑剂成份均匀,工作罐、回收/存储罐的搅拌装置必须一直运行。
系统泵水清洗时,将三通电/气控阀3切换到通浊环水沟位置。
3 影响芯棒表面润滑效果的因素分析
衡钢Φ340限动芯棒连轧管机组,工艺对芯棒润滑的技术要求及参数为:①芯棒运行速度1.5～2ｍ/ｓ,芯棒喷涂润滑剂的工作段长度13.5ｍ。②石墨润滑剂为水溶性物质,微碱性,不易燃,挥发少;含干态润滑剂30%。③喷涂时芯棒表面温度100℃±20℃,喷涂在芯棒表面液态润滑剂干后的粘附量100ｇ/ｍ2。
在石墨润滑剂质量没问题和芯棒表面温度控制在100℃±20℃条件下,影响芯棒表面润滑效果的因素取决于均匀喷涂在芯棒工作段表面润滑剂的流量。
影响均匀喷涂在芯棒工作段表面润滑剂流量的因素分析:
假设按工艺要求芯棒表面干态润滑剂粘附量100ｇ/ｍ2折算成液态润滑剂的流量为Ｑ1;为保证有流量Ｑ1的液态润滑剂均匀粘附在芯棒表面,假设要求喷环喷出的液态润滑剂流量为Ｑ2,或者说除去Ｑ2溅落到喷环罩罐的部分后粘附在芯棒表面液态润滑剂的流量为Ｑ1。有:
30%×Ｑ1×ρ=π×Ｄ×Ｖ×Ｍ
即Ｑ1=(π×Ｄ×Ｖ×Ｍ)/(30%×ρ)(1)
另有:Ｑ1≤Ｃ×Ｑ2=Ｃ×Ｎ×Ｑ3=Ｃ×Ｎ×Ｃｄ×Ａ×〔2△Ｐ/ρ〕0.5(2)式中 Ｑ1―――等效于干态润滑剂粘附量100ｇ/ｍ2液态润滑剂流量,Ｌ/ｍｉｎ
ρ―――液态润滑剂密度,1.16ｇ/ｃｍ3
Ｄ―――芯棒直径,ｍｍ
Ｖ―――芯棒运动速度,1.5～2ｍ/ｓ
Ｍ―――工艺要求芯棒表面干态润滑剂粘附量,100ｇ/ｍ2
30%―――液态润滑剂含干态润滑剂的百分比
Ｃ―――Ｑ2(中除去溅落到喷环罩罐的部分)粘附在芯棒表面液态润滑剂的比例,按我们统计加入和回收液态润滑剂的量计算,Ｃ≈0.4
Ｎ―――喷环上喷嘴数
Ｃｄ―――流量系数,0.60～0.62
Ａ―――喷嘴通流面积
△ｐ―――喷嘴进出口压差,约等于稳定喷涂时芯棒石墨润滑系统压力
Ｑ3―――单个喷嘴喷出的液态润滑剂流量,Ｌ/ｍｉｎ
Ｑ2―――为达到Ｑ1要求喷环喷出的液态润滑剂流量,Ｌ/ｍｉｎ
以上公式表明:液态润滑剂流量Ｑ1与芯棒直径Ｄ、芯棒运动速度Ｖ成正比;反映到芯棒石墨润滑系统,液态润滑剂流量Ｑ2与喷环上喷嘴数量Ｎ、喷嘴通流面积Ａ、喷嘴进出口压差△ｐ的平方根成正比。
4 芯棒石墨润滑系统存在问题的改进与优化措施
由以上分析可知,要满足某种规格芯棒表面润滑效果,必须做到以下几点:(1)保证喷嘴喷流时芯棒石墨润滑系统压力稳定在2.0ＭＰａ;(2)保证润滑剂适当过量的均匀喷涂在芯棒工作段表面;(3)安装合格喷嘴;(4)保证喷嘴口不被机械杂质堵塞,喷嘴打开关闭控制正常,使每个喷嘴发挥作用。
4.1 稳定芯棒石墨润滑系统喷流压力,提高系统可靠性的措施
(1)改进柱塞泵的结构和密封原柱塞泵故障频发,维修工作量大,而且没办法保证维修质量。主要故障现象为:在气源压力正常(0.4ＭＰａ左右),喷嘴没喷润滑剂时泵一直不停地运行,系统压力上不去(压力应为10.0～12.0ＭＰａ左右);喷嘴喷润滑剂时喷流压力低于2 0ＭＰａ,不能满足芯棒表面润滑的要求,严重影响钢管内表质量和芯棒使用寿命,甚至造成连轧机轧卡。
为在气源压力正常(0.4ＭＰａ左右),喷嘴没喷润滑剂时泵一直不停地运行,系统压力上不去(压力应为12 0ＭＰａ左右)。
经多次解体维修原柱塞泵(如图2所示),发现故障泵活塞4总成的损坏特征是:上部座6腐蚀、缺口,穿孔;上部座6上的Ｏ形圈损坏;上部座6尾端的卡环8断裂、变形、腐蚀;防松螺钉松动;活塞密封9(活塞杆密封3)―――ＰＴＦＥ+牛皮相间组装的Ｖ形圈损坏,特别是牛皮Ｖ形圈拆卸泵时都烂了。从结构上看,与活塞4螺纹连接的压紧体10与卡环8没有接触,系统压力达到12 0ＭＰａ左右时,卡环8的强度不够,因此卡环8易断裂、变形;卡环8断裂、变形后上部座6的机械损伤在所难免,上部座6上的Ｏ形圈因上部座6由固定位置变为有相对运动而损坏。从以上现象和分析可知:活塞4总成的故障结构设计不合理,易发生组成零件相对位置发生变化的机械损伤;组成零件金属材质和密封材料与石墨润滑剂不相容。一旦活塞4总成的以上损坏特征出现,喷嘴没喷润滑剂时泵一直不停地运行,系统压力上不去;喷嘴喷润滑剂时无法保证2 0ＭＰａ稳定喷流压力。
改进措施:如图3所示,将活塞4总成的结构简化,即将原柱塞泵的上部座6和压紧体10两个零件改为改进泵压紧体6一个零件,取消原柱塞泵的卡环8,将活塞与压紧体螺纹连接方式改为用不锈钢内六角螺钉11连接;活塞密封(活塞杆密封3)改为ＰＴＦＥ+ＮＢＲ相间组装的Ｖ形圈。
说明:①改进的密封在原柱塞泵上使用,使原柱塞泵的密封寿命大大提高,泵的维修周期延长。②改进柱塞泵的金属零件材料选择考虑了石墨润滑剂有一定的腐蚀性。③改进柱塞泵由广东韶关某液压缸厂制造,使用效果很好。
(2)取销ＡＳ1气控喷枪,改良优化系统喷环十分掌控如同已知4提示,原设汁喷环的高压喷管重新安装在ＡＳ1气控喷枪上,ＡＳ1气控喷枪是汇聚自动掌控的,如同已知1提示个喷环的4个喷枪都由个二位二单电控系统气阀15掌控,电滋铁通电供氧给喷枪使高压喷管打开文档,电滋铁关机喷枪供氧出现中断高压喷管倒闭。
故障原因:①喷溅的润滑剂从气缸体12透气孔进入喷枪活塞腔内结垢,造成气缸活塞杆7气控缩回喷嘴打开正常,断气后活塞复位弹簧13和拉针复位弹簧3不能使气缸活塞杆7复位,即与拉针4相连的球阀芯2不能关闭喷嘴;②润滑剂在枪体5靠连接安装体8侧的十字槽(当密封6出现泄漏后,十字槽有利润滑剂流出)结垢,造成拉针4复位困难;③活塞复位弹簧13和拉针复位弹簧3易腐蚀断裂,造成与拉针4相连的球阀芯2不能关闭喷嘴;④气缸活塞杆7表面易腐蚀,表面腐蚀的活塞杆伸出、缩回阻力增大,造成气缸活塞杆7气控缩回喷嘴打开正常,断气后活塞复位弹簧13和拉针复位弹簧3不能使气缸活塞杆7复位,即与拉针4相连的球阀芯2不能关闭喷嘴(偶尔也发生喷嘴打不开故障);⑤拉针4易从与球阀芯2连接的螺纹根部断裂,造成喷嘴常开。
改进优化措施:
(1)取消ＡＳ1气控喷枪;
(2)改进优化喷环:按满足规格芯棒(?348 4ｍｍ)工作段表面润滑要求,润滑剂喷涂适当过量的原则选择喷嘴,设计喷环。
①参考原喷环直径,确定喷环直径960ｍｍ。
②按喷嘴从960ｍｍ喷环上喷流角投射到?348 4ｍｍ芯棒表面的弧长之和稍大于芯棒截面周长确定喷嘴喷流角25°和喷嘴数量12个。
③按系统稳定喷流压力2 0ＭＰａ和喷嘴喷流角25°选择ＳｐｒａｙｉｎｇＳｙｓｔｅｍｓＣｏ・1/4ＭＥＧ ＳＳＴＣ 2504喷嘴,稳定喷流压力2 0ＭＰａ时单个喷嘴喷出的液态润滑剂流量Ｑ3=4.1Ｌ/ｍｉｎ。
④按①、②、③确定的参数,计算1个喷环喷涂到3种孔型系列芯棒表面润滑剂流量(如表1)。
说明:按表1中计算数据:Φ293、Φ364系列用2个喷环工作;?Φ210系列用1个喷环工作,如果Φ210系列上限润滑效果不好用2个喷环工作。
⑤为保证相邻喷嘴喷涂润滑剂不相互干挠,将喷环上喷嘴座设计成朝芯棒运动方向前倾10°,喷嘴座直接焊在喷环上;喷嘴通过锁紧螺母直接装在喷嘴座上,喷嘴安装时保证10°～15°的偏转角(偏转角为喷嘴喷流角扇形平面与喷环平面夹角),相邻喷嘴喷涂润滑剂更不会相互干挠。
(3)通过控制喷环与系统之间润滑剂管道的通断来控制润滑剂的喷射时间。鉴于芯棒石墨润滑系统对连轧管非常重要,要求润滑剂管道的通断元件可靠性高,为此采用了北京星光沃特传动研究所研制的气控石墨润滑剂换向主阀作为石墨润滑剂管道的通断元件。如图5所示,特殊材料的密封球5与衬套6为线接触,与阀座4为线密封,在石墨润滑剂这种介质环境阀芯换向可靠性高,控制石墨润滑剂管道的通断可靠,使用寿命长。为保证气控石墨润滑剂换向主阀通断控制可靠,采用了美国某公司生产的Ｗ6076Ｂ3417二位五通电控换向气阀作先导阀。
4.2 保证在线使用的喷嘴是合格品措施
(1)新喷嘴经检查合格才能上线;
(2)定期检查、清洗在线使用喷嘴,将已有缺陷的喷嘴更换。
4.3 喷嘴防堵措施
(1)保证润滑剂质量;
(2)新润滑剂须经过滤加入回收/存储罐;
(3)发保证回收/存储罐、搅拌装置连续运行,使石墨润滑剂成分均匀;
(4)每月彻底清洗一次回收/存储罐、工作罐;
(5)保证自清洗过滤器工作正常;定期解体清洗自清洗过滤器,将已有缺陷且不能修复的滤芯更换。
5 改进优化后使用效果
(1)泵的维修周期平均达到3个月左右;
(2)喷嘴不喷润滑剂时系统压力能保持10～12ＭＰａ;喷嘴喷润滑剂时有稳定的2ＭＰａ喷流压力;
(3)喷嘴打开关闭控制正常,实现喷嘴正常a磨损更换;
(4)基本实现系统零故障运行;
(5)润滑剂在芯棒表面粘附均匀,粘附厚度满足工艺要求。