[分享]CSP薄板坯连铸机大包托臂液压缸改进与国产化

CSP薄板坯连铸机大包托臂液压缸改进与国产化项目
鉴定文件之二
            技术研究报告
1 概况
珠钢CSP薄板坯连铸连轧生产线是全套从德国SMS公司引进的设备。连铸机大包回转台有两个对称分布的油缸，用于托举钢包与钢水（约250吨）。
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，液压缸的结构图如图1所示，有关零件如表1所示。
          表1  原液压缸零件明细表

加工件		标准件
1	法兰	①	螺栓M16
2	球座I	②	螺栓M8
3	压盖	③	防尘圈
4	球杆	④	挡圈
5	压板	⑤	V形组合密封
6	柱塞杆	⑥	O形圈
7	螺母	⑦	螺栓M42X3
8	缸头	⑧	O形圈
9	吊耳	⑨	螺栓M42X3
10	缸筒体
11	铜支撑环
12	活塞
13	球头II
14	球头盖

液压缸的主要技术参数为：缸体直径650mm，柱塞直径600mm，行程700mm，压力25Mpa。
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SMS公司供应的德国力士乐液压缸一般只能运行6个月，寿命远低于设计水平，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157万元人民币，使生产成本大受影响。
为有效解决上述技术经济问题，珠钢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。韶关力士乐液压缸厂技术开发实力雄厚，被选定为项目的承担单位。
1．2  本技术的特征、原理和适用范围
本技术属机械工程技术领域，涉及机构学、金属切削工艺、热处理、润滑技术、液压故障诊断等多学科。
本研究项目的关键技术是提高机械零件的抗磨损能力、降低运动件的应力，从而延长元件的寿命，提高元件的可靠性，进而保证连铸生产的顺利进行。
本项目的研究成果可直接应用于柱塞侧向力较大的液压缸以提高可靠性为目的的技术改进。
1．3  开发研究的路线
发现液压缸使用寿命短问题---问题分析---寻找解决方案---确定方案---产品改进设计---工艺设计---加工制造---质量检验---性能测试---安装使用---运行考察---技术总结。
1．4  已完成情况
本项目已于2001年9月完成制造并立即投入使用，现已运行10个月，事实证明，到目前为止，根据用户反映的意见，液压缸的所有性能均符合要求。
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：        650/600
mm
行程：        700  
mm
压力：        25  
MPa
最低启动压力  0.8  
MPa
外泄漏：      无
活塞摆角：    + 7 ⁰
使用寿命：    2     年
3       问题的分析与解决
3．1  问题的分析
经反复勘察、调研、校核，对液压缸磨损过速的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它的支持面的面积过小，压强过大，活塞杆屈服强度不够，以至在径向力的作用下，密封件变形，活塞杆直接压在缸筒的金属件，引起严重的摩擦与磨损。
压杆球头的磨损主要是润滑脂流道不畅引起润滑不良所造成的。
3．2  解决问题的对策
根据珠钢的实际情况，本课题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，油缸寿命短的问题。
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40%。
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，以初始径向力并降低原密封件及其支持件的压力。
缸头导向部分开润滑槽提供良好的润滑，减小相互间的摩擦。
改进球座的润滑流道，增大润滑面积。
效用优质钢材及良好的热处理方式，改善摩擦副，增强抗摩擦磨损的能力。
改进后的液压缸如图2所示，有关零件如表2所示。
表2  改进后的液压缸零件明细表

加工件		标准件
1	法兰	①	螺栓M16
2	球座I	②	螺栓M8
3	压盖	③	防尘圈
4	球杆	④	支承环
5	压板	⑤	V形组合密封
6	柱塞杆	⑥	螺栓M42X3
7	螺母	⑦	O形圈
8	缸头	⑧	O形圈
9	吊耳	⑨	螺栓M42X3
10	缸筒体
11	铜支撑环
12	活塞
13	球头II
14	球头盖

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不足6月提高到2年。
3．3  加工制造工艺
由于是引进的设备，液压缸原技术数据不充分，须对损坏的液压缸进行测试，再根据技术要求重新确定有关参数。液压缸有关加工工艺参数如表3所示。
表3 主要零部件工艺数据

零件名称	材料	加工工艺	精度
缸筒	45#	粗车调质、内孔粗镗、精镗、滚压、粗糙度0.2~0.4	8级
柱塞	40Cr	粗车调质、精车后镀铬、抛光、粗糙度0.2~0.4	7级
球杆	GCr15	粗车调质、球头数控机床精车、正火淬硬再磨光、粗糙度1.6~0.8	7级
球座	ZQSn10-1	数控机床加工、粗糙度1.6~0.8	8级
导向套	QT50-2	粗车内孔、精车、再磨光、粗糙度1.6~0.8	8级

3.3 实际使用效果的对比
由韶关力士乐液压缸厂制造的珠钢连铸机大型摆动液压缸于2001年9月开始在线使用，至今为止效果良好，未出现国外备件所出现的各类故障，受到了珠钢领导与一线人员的一致好评。
4       经济效益与社会效益
本项目应用于广州珠江钢铁有限责任公司，经济与社会效益显著。
4.1  经济效益
经济效益是明显的。
4.1．1  备件费用节省额
韶关液压缸55万/台、使用期2年，德国液压缸157万/台、使用期6月。
2年备件费用节省额=2x157x6-2x55=1146万元
4.1．2  停机损失费用减少额
停机修理与更换液压缸的费用及误产费用每次6万元，减少4次更换，减少费用为6x24=24万元。
4.1．3  其他费用的减少
减少液压油泄漏与污染所造成的损失10万元。
减少国外采购与备件积压所造成的损失10万元。
4.1．4  2年的总效益
2年总共的经济效益是：
   1146+24+10+10=1190万元
经济效益的证明材料见“用户使用情况报告”。
4.2  社会效益
社会效益是明显的，也是深远的：
有助于珠钢引进设备备件供应的国产化与本地化，促进了珠钢降本减耗、达产达效，使CSP技术更能发挥效益。
是引进设备消化吸收、改进提高的范例，为国内冶金企业同类液压缸的国产化创造了条件。
推动了国内液压缸设计制造技术的进步与创新，尤其在液压元件可靠性优化改进方面所取得的成功意义重大。
提高了韶关液压缸厂的知名度和竞争力，有利于韶关地区机械工业的进一步发展。
    是民营企业涉足先进技术领域并取得显著技术经济效益的典型，对广大类似企业具有示范作用。
5  结论
本项目是大型复杂液压装置国产化和技术创新的成功典范。目前国内有包钢、邯钢CSP生产线采用与珠钢完全相同的液压缸，湖南涟钢正引进连铸连轧生产线，本项目开发的产品可应用于这些钢厂，在连铸机、起重运输机械、工程机械、矿山机械及类似重载、有倾角运动的场合具有广阔的应用前景。
 
参考文献
[1] 雷天觉 液压工程手册  机械工业出版社  1988
[2] 黄志坚  液压设备的故障分析与技术改进  华中理工大学出版社  1999
[3] 陈伟光  黄志坚  邓名军 连铸机大型液压缸的国产化改进  机床与液压 2002（5）