芯棒石墨潤滑系統(tǒng)的改進(jìn)優(yōu)化
編輯：2021-10-22 11:16:36
1 前言
衡鋼Φ340限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)組,對(duì)芯棒使用壽命和鋼管內(nèi)表面質(zhì)量有直接影響的芯棒石墨潤滑系統(tǒng),熱負(fù)載試車和試生產(chǎn)初期設(shè)備故障多,不能滿足工藝對(duì)芯棒潤滑的要求,嚴(yán)重制約生產(chǎn)。
2 芯棒石墨潤滑系統(tǒng)組成與工作原理簡介
衡鋼Φ340限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)組芯棒石墨潤滑系統(tǒng)是北京某涂裝設(shè)備有限公司設(shè)計(jì)制造的(如圖1所示)。系統(tǒng)主要由回收/存儲(chǔ)罐、工作罐、4組并聯(lián)的加壓過濾潤滑劑泵組、4組并聯(lián)噴環(huán)組成。(每組噴環(huán)由4個(gè)ＡＳ1氣控噴槍分別控制4個(gè)噴嘴,噴環(huán)安裝在噴環(huán)罩罐內(nèi)。
潤滑劑輸送柱塞泵由往復(fù)運(yùn)動(dòng)氣馬達(dá)驅(qū)動(dòng),流量30Ｌ/ｍｉｎ,壓力比30:1(例如當(dāng)氣源壓力為0.3ＭＰａ時(shí),柱塞泵輸出潤滑劑的壓力可達(dá)9.0ＭＰａ)。
潤滑劑的補(bǔ)充經(jīng)網(wǎng)式過濾器5.1進(jìn)入回收/存儲(chǔ)罐。噴涂濺落的潤滑劑由噴環(huán)罩罐收集經(jīng)三通電/氣控閥3、網(wǎng)式過濾器5.2進(jìn)入回收/存儲(chǔ)罐。
工作罐的潤滑劑經(jīng)隔膜泵從回收/存儲(chǔ)罐抽入。為保證潤滑劑成份均勻,工作罐、回收/存儲(chǔ)罐的攪拌裝置必須一直運(yùn)行。
系統(tǒng)泵水清洗時(shí),將三通電/氣控閥3切換到通濁環(huán)水溝位置。
石墨潤滑劑加壓和噴涂過程:兩組或三組加壓過濾潤滑劑泵組將液態(tài)潤滑劑從工作罐輸送到ＡＳ1氣控噴槍之間的管網(wǎng),當(dāng)壓力比達(dá)30:1時(shí)氣馬達(dá)運(yùn)動(dòng)停止,系統(tǒng)潤滑劑保壓10.0～12.0ＭＰａ;當(dāng)噴環(huán)罩罐前的冷探檢測到芯棒被輥道輸送過來,ＰＬＣ根據(jù)輥道速度和工藝要求芯棒工作段噴涂潤滑劑的長度控制ＡＳ1氣控噴槍啟閉時(shí)間(通過控制二位二通單電控氣閥15通電時(shí)間長短)實(shí)現(xiàn)滿足工藝要求的自動(dòng)控制。當(dāng)噴環(huán)開始噴潤滑劑時(shí)系統(tǒng)壓力馬上由10 0～12 0ＭＰａ下降到2 0ＭＰａ的穩(wěn)定噴流壓力;當(dāng)噴槍關(guān)閉系統(tǒng)壓力又馬上上升到10 0～12 0ＭＰａ并保持在10 0～12 0ＭＰａ。
3 影響芯棒表面潤滑效果的因素分析
衡鋼Φ340限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)組,工藝對(duì)芯棒潤滑的技術(shù)要求及參數(shù)為:①芯棒運(yùn)行速度1.5～2ｍ/ｓ,芯棒噴涂潤滑劑的工作段長度13.5ｍ。②石墨潤滑劑為水溶性物質(zhì),微堿性,不易燃,揮發(fā)少;含干態(tài)潤滑劑30%。③噴涂時(shí)芯棒表面溫度100℃±20℃,噴涂在芯棒表面液態(tài)潤滑劑干后的粘附量100ｇ/ｍ2。
在石墨潤滑劑質(zhì)量沒問題和芯棒表面溫度控制在100℃±20℃條件下,影響芯棒表面潤滑效果的因素取決于均勻噴涂在芯棒工作段表面潤滑劑的流量。
影響均勻噴涂在芯棒工作段表面潤滑劑流量的因素分析:
假設(shè)按工藝要求芯棒表面干態(tài)潤滑劑粘附量100ｇ/ｍ2折算成液態(tài)潤滑劑的流量為Ｑ1;為保證有流量Ｑ1的液態(tài)潤滑劑均勻粘附在芯棒表面,假設(shè)要求噴環(huán)噴出的液態(tài)潤滑劑流量為Ｑ2,或者說除去Ｑ2濺落到噴環(huán)罩罐的部分后粘附在芯棒表面液態(tài)潤滑劑的流量為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―――等效于干態(tài)潤滑劑粘附量100ｇ/ｍ2液態(tài)潤滑劑流量,Ｌ/ｍｉｎ
ρ―――液態(tài)潤滑劑密度,1.16ｇ/ｃｍ3
Ｄ―――芯棒直徑,ｍｍ
Ｖ―――芯棒運(yùn)動(dòng)速度,1.5～2ｍ/ｓ
Ｍ―――工藝要求芯棒表面干態(tài)潤滑劑粘附量,100ｇ/ｍ2
30%―――液態(tài)潤滑劑含干態(tài)潤滑劑的百分比
Ｃ―――Ｑ2(中除去濺落到噴環(huán)罩罐的部分)粘附在芯棒表面液態(tài)潤滑劑的比例,按我們統(tǒng)計(jì)加入和回收液態(tài)潤滑劑的量計(jì)算,Ｃ≈0.4
Ｎ―――噴環(huán)上噴嘴數(shù)
Ｃｄ―――流量系數(shù),0.60～0.62
Ａ―――噴嘴通流面積
△ｐ―――噴嘴進(jìn)出口壓差,約等于穩(wěn)定噴涂時(shí)芯棒石墨潤滑系統(tǒng)壓力
Ｑ3―――單個(gè)噴嘴噴出的液態(tài)潤滑劑流量,Ｌ/ｍｉｎ
Ｑ2―――為達(dá)到Ｑ1要求噴環(huán)噴出的液態(tài)潤滑劑流量,Ｌ/ｍｉｎ
以上公式表明:液態(tài)潤滑劑流量Ｑ1與芯棒直徑Ｄ、芯棒運(yùn)動(dòng)速度Ｖ成正比;反映到芯棒石墨潤滑系統(tǒng),液態(tài)潤滑劑流量Ｑ2與噴環(huán)上噴嘴數(shù)量Ｎ、噴嘴通流面積Ａ、噴嘴進(jìn)出口壓差△ｐ的平方根成正比。
4 芯棒石墨潤滑系統(tǒng)存在問題的改進(jìn)與優(yōu)化措施
由以上分析可知,要滿足某種規(guī)格芯棒表面潤滑效果,必須做到以下幾點(diǎn):(1)保證噴嘴噴流時(shí)芯棒石墨潤滑系統(tǒng)壓力穩(wěn)定在2.0ＭＰａ;(2)保證潤滑劑適當(dāng)過量的均勻噴涂在芯棒工作段表面;(3)安裝合格噴嘴;(4)保證噴嘴口不被機(jī)械雜質(zhì)堵塞,噴嘴打開關(guān)閉控制正常,使每個(gè)噴嘴發(fā)揮作用。
4.1 穩(wěn)定芯棒石墨潤滑系統(tǒng)噴流壓力,提高系統(tǒng)可靠性的措施
(1)改進(jìn)柱塞泵的結(jié)構(gòu)和密封原柱塞泵故障頻發(fā),維修工作量大,而且沒辦法保證維修質(zhì)量。主要故障現(xiàn)象為:在氣源壓力正常(0.4ＭＰａ左右),噴嘴沒噴潤滑劑時(shí)泵一直不停地運(yùn)行,系統(tǒng)壓力上不去(壓力應(yīng)為10.0～12.0ＭＰａ左右);噴嘴噴潤滑劑時(shí)噴流壓力低于2 0ＭＰａ,不能滿足芯棒表面潤滑的要求,嚴(yán)重影響鋼管內(nèi)表質(zhì)量和芯棒使用壽命,甚至造成連軋機(jī)軋卡。
為在氣源壓力正常(0.4ＭＰａ左右),噴嘴沒噴潤滑劑時(shí)泵一直不停地運(yùn)行,系統(tǒng)壓力上不去(壓力應(yīng)為12 0ＭＰａ左右)。
經(jīng)多次解體維修原柱塞泵(如圖2所示),發(fā)現(xiàn)故障泵活塞4總成的損壞特征是:上部座6腐蝕、缺口,穿孔;上部座6上的Ｏ形圈損壞;上部座6尾端的卡環(huán)8斷裂、變形、腐蝕;防松螺釘松動(dòng);活塞密封9(活塞桿密封3)―――ＰＴＦＥ+牛皮相間組裝的Ｖ形圈損壞,特別是牛皮Ｖ形圈拆卸泵時(shí)都爛了。從結(jié)構(gòu)上看,與活塞4螺紋連接的壓緊體10與卡環(huán)8沒有接觸,系統(tǒng)壓力達(dá)到12 0ＭＰａ左右時(shí),卡環(huán)8的強(qiáng)度不夠,因此卡環(huán)8易斷裂、變形;卡環(huán)8斷裂、變形后上部座6的機(jī)械損傷在所難免,上部座6上的Ｏ形圈因上部座6由固定位置變?yōu)橛邢鄬?duì)運(yùn)動(dòng)而損壞。從以上現(xiàn)象和分析可知:活塞4總成的故障結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理,易發(fā)生組成零件相對(duì)位置發(fā)生變化的機(jī)械損傷;組成零件金屬材質(zhì)和密封材料與石墨潤滑劑不相容。一旦活塞4總成的以上損壞特征出現(xiàn),噴嘴沒噴潤滑劑時(shí)泵一直不停地運(yùn)行,系統(tǒng)壓力上不去;噴嘴噴潤滑劑時(shí)無法保證2 0ＭＰａ穩(wěn)定噴流壓力。
改進(jìn)措施:如圖3所示,將活塞4總成的結(jié)構(gòu)簡化,即將原柱塞泵的上部座6和壓緊體10兩個(gè)零件改為改進(jìn)泵壓緊體6一個(gè)零件,取消原柱塞泵的卡環(huán)8,將活塞與壓緊體螺紋連接方式改為用不銹鋼內(nèi)六角螺釘11連接;活塞密封(活塞桿密封3)改為ＰＴＦＥ+ＮＢＲ相間組裝的Ｖ形圈。
說明:①改進(jìn)的密封在原柱塞泵上使用,使原柱塞泵的密封壽命大大提高,泵的維修周期延長。②改進(jìn)柱塞泵的金屬零件材料選擇考慮了石墨潤滑劑有一定的腐蝕性。③改進(jìn)柱塞泵由廣東韶關(guān)某液壓缸廠制造,使用效果很好。
(2)取消ＡＳ1氣控噴槍,改進(jìn)優(yōu)化噴環(huán)及其控制如圖4所示,原設(shè)計(jì)噴環(huán)的噴嘴安裝在ＡＳ1氣控噴槍上,ＡＳ1氣控噴槍是集中氣動(dòng)控制的,如圖1所示1個(gè)噴環(huán)的4個(gè)噴槍都由1個(gè)二位二單電控氣閥15控制,電磁鐵通電供氣給噴槍使噴嘴打開,電磁鐵斷電噴槍供氣中斷噴嘴關(guān)閉。
原設(shè)計(jì)噴環(huán)的主要故障現(xiàn)象:噴嘴經(jīng)常常開,解體清洗ＡＳ1氣控噴槍恢復(fù)正常后時(shí)間不長又會(huì)出現(xiàn),造成系統(tǒng)壓力上不去,噴嘴噴潤滑劑時(shí)無法保證2 0ＭＰａ穩(wěn)定噴流壓力。
故障原因:①噴濺的潤滑劑從氣缸體12透氣孔進(jìn)入噴槍活塞腔內(nèi)結(jié)垢,造成氣缸活塞桿7氣控縮回噴嘴打開正常,斷氣后活塞復(fù)位彈簧13和拉針復(fù)位彈簧3不能使氣缸活塞桿7復(fù)位,即與拉針4相連的球閥芯2不能關(guān)閉噴嘴;②潤滑劑在槍體5靠連接安裝體8側(cè)的十字槽(當(dāng)密封6出現(xiàn)泄漏后,十字槽有利潤滑劑流出)結(jié)垢,造成拉針4復(fù)位困難;③活塞復(fù)位彈簧13和拉針復(fù)位彈簧3易腐蝕斷裂,造成與拉針4相連的球閥芯2不能關(guān)閉噴嘴;④氣缸活塞桿7表面易腐蝕,表面腐蝕的活塞桿伸出、縮回阻力增大,造成氣缸活塞桿7氣控縮回噴嘴打開正常,斷氣后活塞復(fù)位彈簧13和拉針復(fù)位彈簧3不能使氣缸活塞桿7復(fù)位,即與拉針4相連的球閥芯2不能關(guān)閉噴嘴(偶爾也發(fā)生噴嘴打不開故障);⑤拉針4易從與球閥芯2連接的螺紋根部斷裂,造成噴嘴常開。
改進(jìn)優(yōu)化措施:
(1)取消ＡＳ1氣控噴槍;
(2)改進(jìn)優(yōu)化噴環(huán):按滿足規(guī)格芯棒(?348 4ｍｍ)工作段表面潤滑要求,潤滑劑噴涂適當(dāng)過量的原則選擇噴嘴,設(shè)計(jì)噴環(huán)。
①參考原噴環(huán)直徑,確定噴環(huán)直徑960ｍｍ。
②按噴嘴從960ｍｍ噴環(huán)上噴流角投射到?348 4ｍｍ芯棒表面的弧長之和稍大于芯棒截面周長確定噴嘴噴流角25°和噴嘴數(shù)量12個(gè)。
③按系統(tǒng)穩(wěn)定噴流壓力2 0ＭＰａ和噴嘴噴流角25°選擇ＳｐｒａｙｉｎｇＳｙｓｔｅｍｓＣｏ?1/4ＭＥＧ ＳＳＴＣ 2504噴嘴,穩(wěn)定噴流壓力2 0ＭＰａ時(shí)單個(gè)噴嘴噴出的液態(tài)潤滑劑流量Ｑ3=4.1Ｌ/ｍｉｎ。
④按①、②、③確定的參數(shù),計(jì)算1個(gè)噴環(huán)噴涂到3種孔型系列芯棒表面潤滑劑流量(如表1)。
說明:按表1中計(jì)算數(shù)據(jù):Φ293、Φ364系列用2個(gè)噴環(huán)工作;?Φ210系列用1個(gè)噴環(huán)工作,如果Φ210系列上限潤滑效果不好用2個(gè)噴環(huán)工作。
⑤為保證相鄰噴嘴噴涂潤滑劑不相互干撓,將噴環(huán)上噴嘴座設(shè)計(jì)成朝芯棒運(yùn)動(dòng)方向前傾10°,噴嘴座直接焊在噴環(huán)上;噴嘴通過鎖緊螺母直接裝在噴嘴座上,噴嘴安裝時(shí)保證10°～15°的偏轉(zhuǎn)角(偏轉(zhuǎn)角為噴嘴噴流角扇形平面與噴環(huán)平面夾角),相鄰噴嘴噴涂潤滑劑更不會(huì)相互干撓。
(3)通過控制噴環(huán)與系統(tǒng)之間潤滑劑管道的通斷來控制潤滑劑的噴射時(shí)間。鑒于芯棒石墨潤滑系統(tǒng)對(duì)連軋管非常重要,要求潤滑劑管道的通斷元件可靠性高,為此采用了北京星光沃特傳動(dòng)研究所研制的氣控石墨潤滑劑換向主閥作為石墨潤滑劑管道的通斷元件。如圖5所示,特殊材料的密封球5與襯套6為線接觸,與閥座4為線密封,在石墨潤滑劑這種介質(zhì)環(huán)境閥芯換向可靠性高,控制石墨潤滑劑管道的通斷可靠,使用壽命長。為保證氣控石墨潤滑劑換向主閥通斷控制可靠,采用了美國某公司生產(chǎn)的Ｗ6076Ｂ3417二位五通電控?fù)Q向氣閥作先導(dǎo)閥。
4.2 保證在線使用的噴嘴是合格品措施
(1)新噴嘴經(jīng)檢查合格才能上線;
(2)定期檢查、清洗在線使用噴嘴,將已有缺陷的噴嘴更換。
4.3 噴嘴防堵措施
(1)保證潤滑劑質(zhì)量;
(2)新潤滑劑須經(jīng)過濾加入回收/存儲(chǔ)罐;
(3)發(fā)保證回收/存儲(chǔ)罐、攪拌裝置連續(xù)運(yùn)行,使石墨潤滑劑成分均勻;
(4)每月徹底清洗一次回收/存儲(chǔ)罐、工作罐;
(5)保證自清洗過濾器工作正常;定期解體清洗自清洗過濾器濾芯,將已有缺陷且不能修復(fù)的濾芯更換。
5 改進(jìn)優(yōu)化后使用效果
(1)泵的維修周期平均達(dá)到3個(gè)月左右;
(2)噴嘴不噴潤滑劑時(shí)系統(tǒng)壓力能保持10～12ＭＰａ;噴嘴噴潤滑劑時(shí)有穩(wěn)定的2ＭＰａ噴流壓力;
(3)噴嘴打開關(guān)閉控制正常,實(shí)現(xiàn)噴嘴正常a磨損更換;
(4)基本實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)零故障運(yùn)行;
(5)潤滑劑在芯棒表面粘附均勻,粘附厚度滿足工藝要求。