CSP薄板坯連鑄機(jī)大包托臂液壓缸改進(jìn)與國(guó)產(chǎn)化項(xiàng)目
鑒定文件之二
            技術(shù)研究報(bào)告
1 概況
珠鋼CSP薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線是全套從德國(guó)SMS公司引進(jìn)的設(shè)備。連鑄機(jī)大包回轉(zhuǎn)臺(tái)有兩個(gè)對(duì)稱分布的油缸，用于托舉鋼包與鋼水（約250噸）。
在托舉的過(guò)程中，隨著托臂的升高，液壓缸與托臂之間的夾角發(fā)生變化。在液壓缸活塞桿內(nèi)部，有一球桿，用于調(diào)整托臂與液壓缸的角度，液壓缸的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，有關(guān)零件如表1所示。
          表1  原液壓缸零件明細(xì)表

加工件		標(biāo)準(zhǔn)件
1	法蘭	①	螺栓M16
2	球座I	②	螺栓M8
3	壓蓋	③	防塵圈
4	球桿	④	擋圈
5	壓板	⑤	V形組合密封
6	柱塞桿	⑥	O形圈
7	螺母	⑦	螺栓M42X3
8	缸頭	⑧	O形圈
9	吊耳	⑨	螺栓M42X3
10	缸筒體
11	銅支撐環(huán)
12	活塞
13	球頭II
14	球頭蓋

液壓缸的主要技術(shù)參數(shù)為：缸體直徑650mm，柱塞直徑600mm，行程700mm，壓力25Mpa。
液壓缸承受一定的徑向力。在徑向力的作用下，活塞桿與缸筒支持面摩擦加劇，引起活塞桿表面嚴(yán)重劃傷，進(jìn)而導(dǎo)致嚴(yán)重漏油、控制不穩(wěn)。
由SMS公司供應(yīng)的德國(guó)力士樂(lè)液壓缸一般只能運(yùn)行6個(gè)月，壽命遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)水平，顯然不符合整機(jī)設(shè)計(jì)使用要求。從國(guó)外采購(gòu)訂貨周期長(zhǎng)，手續(xù)繁瑣，售后服務(wù)得不到保證。同時(shí)，從國(guó)外采購(gòu)價(jià)格昂貴，一個(gè)液壓缸要花費(fèi)157萬(wàn)元人民幣，使生產(chǎn)成本大受影響。
為有效解決上述技術(shù)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，珠鋼公司決定與國(guó)內(nèi)液壓缸公司合作研制開發(fā)連鑄機(jī)大型擺動(dòng)液壓缸。韶關(guān)力士樂(lè)液壓缸廠技術(shù)開發(fā)實(shí)力雄厚，被選定為項(xiàng)目的承擔(dān)單位。
1．2  本技術(shù)的特征、原理和適用范圍
本技術(shù)屬機(jī)械工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及機(jī)構(gòu)學(xué)、金屬切削工藝、熱處理、潤(rùn)滑技術(shù)、液壓故障診斷等多學(xué)科。
本研究項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)是提高機(jī)械零件的抗磨損能力、降低運(yùn)動(dòng)件的應(yīng)力，從而延長(zhǎng)元件的壽命，提高元件的可靠性，進(jìn)而保證連鑄生產(chǎn)的順利進(jìn)行。
本項(xiàng)目的研究成果可直接應(yīng)用于柱塞側(cè)向力較大的液壓缸以提高可靠性為目的的技術(shù)改進(jìn)。
1．3  開發(fā)研究的路線
發(fā)現(xiàn)液壓缸使用壽命短問(wèn)題---問(wèn)題分析---尋找解決方案---確定方案---產(chǎn)品改進(jìn)設(shè)計(jì)---工藝設(shè)計(jì)---加工制造---質(zhì)量檢驗(yàn)---性能測(cè)試---安裝使用---運(yùn)行考察---技術(shù)總結(jié)。
1．4  已完成情況
本項(xiàng)目已于2001年9月完成制造并立即投入使用，現(xiàn)已運(yùn)行10個(gè)月，事實(shí)證明，到目前為止，根據(jù)用戶反映的意見，液壓缸的所有性能均符合要求。
2       主要技術(shù)性能指標(biāo)
液壓缸的主要結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)如下：
尺寸：        650/600
mm
行程：        700  
mm
壓力：        25  
MPa
最低啟動(dòng)壓力  0.8  
MPa
外泄漏：      無(wú)
活塞擺角：    + 7 ⁰
使用壽命：    2     年
3       問(wèn)題的分析與解決
3．1  問(wèn)題的分析
經(jīng)反復(fù)勘察、調(diào)研、校核，對(duì)液壓缸磨損過(guò)速的問(wèn)題得出了以下結(jié)論：
液壓缸活塞桿嚴(yán)重劃傷的主要原因是它的支持面的面積過(guò)小，壓強(qiáng)過(guò)大，活塞桿屈服強(qiáng)度不夠，以至在徑向力的作用下，密封件變形，活塞桿直接壓在缸筒的金屬件，引起嚴(yán)重的摩擦與磨損。
壓桿球頭的磨損主要是潤(rùn)滑脂流道不暢引起潤(rùn)滑不良所造成的。
3．2  解決問(wèn)題的對(duì)策
根據(jù)珠鋼的實(shí)際情況，本課題須著重解決以下技術(shù)問(wèn)題：
柱塞桿與導(dǎo)向套支持面摩擦及活塞桿表面嚴(yán)重劃傷，油缸壽命短的問(wèn)題。
柱塞桿內(nèi)置球桿與球座之間嚴(yán)重?zé)齻p的問(wèn)題。
由此，確定了以下主要的解決對(duì)策：
增大缸頭導(dǎo)向支持面，使徑向壓力下降40%。
缸頭與密封件支持臺(tái)肩內(nèi)圓孔（φ600）倒角，以防柱塞傾斜時(shí)銳邊劃傷運(yùn)動(dòng)的柱塞的表面。
在缸頭外端再增加一道軟支撐環(huán)，以初始徑向力并降低原密封件及其支持件的壓力。
缸頭導(dǎo)向部分開潤(rùn)滑槽提供良好的潤(rùn)滑，減小相互間的摩擦。
改進(jìn)球座的潤(rùn)滑流道，增大潤(rùn)滑面積。
效用優(yōu)質(zhì)鋼材及良好的熱處理方式，改善摩擦副，增強(qiáng)抗摩擦磨損的能力。
改進(jìn)后的液壓缸如圖2所示，有關(guān)零件如表2所示。
表2  改進(jìn)后的液壓缸零件明細(xì)表

加工件		標(biāo)準(zhǔn)件
1	法蘭	①	螺栓M16
2	球座I	②	螺栓M8
3	壓蓋	③	防塵圈
4	球桿	④	支承環(huán)
5	壓板	⑤	V形組合密封
6	柱塞桿	⑥	螺栓M42X3
7	螺母	⑦	O形圈
8	缸頭	⑧	O形圈
9	吊耳	⑨	螺栓M42X3
10	缸筒體
11	銅支撐環(huán)
12	活塞
13	球頭II
14	球頭蓋

通過(guò)采取以上措施，大幅度改善液壓缸的受力狀況，使液壓缸的設(shè)計(jì)壽命由不足6月提高到2年。
3．3  加工制造工藝
由于是引進(jìn)的設(shè)備，液壓缸原技術(shù)數(shù)據(jù)不充分，須對(duì)損壞的液壓缸進(jìn)行測(cè)試，再根據(jù)技術(shù)要求重新確定有關(guān)參數(shù)。液壓缸有關(guān)加工工藝參數(shù)如表3所示。
表3 主要零部件工藝數(shù)據(jù)

零件名稱	材料	加工工藝	精度
缸筒	45#	粗車調(diào)質(zhì)、內(nèi)孔粗鏜、精鏜、滾壓、粗糙度0.2~0.4	8級(jí)
柱塞	40Cr	粗車調(diào)質(zhì)、精車后鍍鉻、拋光、粗糙度0.2~0.4	7級(jí)
球桿	GCr15	粗車調(diào)質(zhì)、球頭數(shù)控機(jī)床精車、正火淬硬再磨光、粗糙度1.6~0.8	7級(jí)
球座	ZQSn10-1	數(shù)控機(jī)床加工、粗糙度1.6~0.8	8級(jí)
導(dǎo)向套	QT50-2	粗車內(nèi)孔、精車、再磨光、粗糙度1.6~0.8	8級(jí)

3.3 實(shí)際使用效果的對(duì)比
由韶關(guān)力士樂(lè)液壓缸廠制造的珠鋼連鑄機(jī)大型擺動(dòng)液壓缸于2001年9月開始在線使用，至今為止效果良好，未出現(xiàn)國(guó)外備件所出現(xiàn)的各類故障，受到了珠鋼領(lǐng)導(dǎo)與一線人員的一致好評(píng)。
4       經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益
本項(xiàng)目應(yīng)用于廣州珠江鋼鐵有限責(zé)任公司，經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益顯著。
4.1  經(jīng)濟(jì)效益
經(jīng)濟(jì)效益是明顯的。
4.1．1  備件費(fèi)用節(jié)省額
韶關(guān)液壓缸55萬(wàn)/臺(tái)、使用期2年，德國(guó)液壓缸157萬(wàn)/臺(tái)、使用期6月。
2年備件費(fèi)用節(jié)省額=2x157x6-2x55=1146萬(wàn)元
4.1．2  停機(jī)損失費(fèi)用減少額
停機(jī)修理與更換液壓缸的費(fèi)用及誤產(chǎn)費(fèi)用每次6萬(wàn)元，減少4次更換，減少費(fèi)用為6x24=24萬(wàn)元。
4.1．3  其他費(fèi)用的減少
減少液壓油泄漏與污染所造成的損失10萬(wàn)元。
減少國(guó)外采購(gòu)與備件積壓所造成的損失10萬(wàn)元。
4.1．4  2年的總效益
2年總共的經(jīng)濟(jì)效益是：
   1146+24+10+10=1190萬(wàn)元
經(jīng)濟(jì)效益的證明材料見“用戶使用情況報(bào)告”。
4.2  社會(huì)效益
社會(huì)效益是明顯的，也是深遠(yuǎn)的：
有助于珠鋼引進(jìn)設(shè)備備件供應(yīng)的國(guó)產(chǎn)化與本地化，促進(jìn)了珠鋼降本減耗、達(dá)產(chǎn)達(dá)效，使CSP技術(shù)更能發(fā)揮效益。
是引進(jìn)設(shè)備消化吸收、改進(jìn)提高的范例，為國(guó)內(nèi)冶金企業(yè)同類液壓缸的國(guó)產(chǎn)化創(chuàng)造了條件。
推動(dòng)了國(guó)內(nèi)液壓缸設(shè)計(jì)制造技術(shù)的進(jìn)步與創(chuàng)新，尤其在液壓元件可靠性優(yōu)化改進(jìn)方面所取得的成功意義重大。
提高了韶關(guān)液壓缸廠的知名度和競(jìng)爭(zhēng)力，有利于韶關(guān)地區(qū)機(jī)械工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。
    是民營(yíng)企業(yè)涉足先進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域并取得顯著技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益的典型，對(duì)廣大類似企業(yè)具有示范作用。
5  結(jié)論
本項(xiàng)目是大型復(fù)雜液壓裝置國(guó)產(chǎn)化和技術(shù)創(chuàng)新的成功典范。目前國(guó)內(nèi)有包鋼、邯鋼CSP生產(chǎn)線采用與珠鋼完全相同的液壓缸，湖南漣鋼正引進(jìn)連鑄連軋生產(chǎn)線，本項(xiàng)目開發(fā)的產(chǎn)品可應(yīng)用于這些鋼廠，在連鑄機(jī)、起重運(yùn)輸機(jī)械、工程機(jī)械、礦山機(jī)械及類似重載、有傾角運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合具有廣闊的應(yīng)用前景。
 
參考文獻(xiàn)
[1] 雷天覺 液壓工程手冊(cè)  機(jī)械工業(yè)出版社  1988
[2] 黃志堅(jiān)  液壓設(shè)備的故障分析與技術(shù)改進(jìn)  華中理工大學(xué)出版社  1999
[3] 陳偉光  黃志堅(jiān)  鄧名軍 連鑄機(jī)大型液壓缸的國(guó)產(chǎn)化改進(jìn)  機(jī)床與液壓 2002（5）